JPH06107449A - 加熱脱脂用粉末射出成形用組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 粉末射出成形に使用するための加熱脱脂しう
る成形用組成物にある。 【構成】 セラミックス粉末、金属粉末及びサーメット
粉末の１種以上（ａ）、熱分解過程において解重合を生
起する合成樹脂（ｂ）及びワックス（ｃ）を含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は粉末射出成形用組成物に
関する。さらに詳しくは、セラミックス、金属及びサー
メットなどの粉末を含む加熱脱脂用粉末射出成形用組成
物に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、セラミックス、金属及び
サーメットなどの粉末から、複雑な３次元形状焼結製品
を製造する場合には、粉末射出成形法が利用される。

【０００３】前記粉末の射出成形法においては、粉末に
流動性を付与して成形性を高めるための有機バインダー
と混練した粉末射出成形用組成物を原料とするのである
が、これを射出成形して得られたグリーン成形体を焼結
するに際しては、予め、脱脂と呼ばれる有機バインダー
を除去するプロセスを経て、割れや膨れさらには変形と
いった欠陥のない脱脂成形体を得ておく必要がある。

【０００４】従来の脱脂の多くは、グリーン成形体を加
熱して中に含まれる有機バインダーを熱分解せしめ、分
解物をガスまたは蒸気として除去する加熱脱脂プロセス
で行われている。

【０００５】原料となる粉末射出成形用組成物に配合さ
れる有機バインダーの主成分には、ポリエチレン、ポリ
プロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体など熱分解
の過程においてランダムな分解を生起しうる合成樹脂
（以下、ランダム分解性樹脂と略記する）が用いられて
いる（たとえば、特開昭５９−２２９４０３参照）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の加熱脱脂プロセ
スでは、ランダム分解性樹脂を主成分とする有機バイン
ダーの加熱分解が短時間に集中しないよう、加熱方法に
配慮がなされている。すなわち、ランダム分解性樹脂を
主成分とする有機バインダーの熱分解が短時間に集中す
ると、急激に発生した分解ガスや分解生成物の蒸気がス
ムーズに除去されることなく成形体内部にとどまり、脱
脂成形体に、割れ、膨れ、変形などの欠陥を発生せしめ
る危険があり、これを回避する手段として、従来の加熱
脱脂プロセスでは、脱脂を完了するまでに長時間を要し
ており、このためこれから焼結製品を工業的規模で量産
する場合に、不利となる課題があった。

【０００７】このような従来の加熱脱脂プロセスにおけ
る課題を解決するために考案された方法に溶出脱脂法が
ある（たとえば、米国特許Ｎｏ．４７６５９５０）。

【０００８】この方法は、まず油やワックスなど低融点
組成の有機バインダーと、ポリエチレンやポリプロピレ
ンなどの高融点組成の有機バインダーを用いてグリーン
成形体を作り、次いで、低融点組成の有機バインダー
を、メチレンクロライドやナフサなどの有機溶剤に選択
的に溶解させて短時間のうちに脱脂した後、ポリエチレ
ンやポリプロピレンなど高融点組成の非溶解した有機バ
インダーを、加熱脱脂するものであり、この方法では比
較的短時間のうちに欠陥のない脱脂成形体を得ることは
可能であるが、溶剤の毒性による環境の悪化や引火の危
険性があるため、これを防止するための大規模な装置を
設備する必要がある。

【０００９】最近になって、同じく従来の加熱脱脂プロ
セスにおける課題を解決するために、バインダーの光分
解性を利用した光分解脱脂法が考案されている（米国特
許Ｎｏ．４９７８４９８）が、この方法においても光照
射装置の導入を必要とし、前述した溶出脱脂法と同じく
設備面に問題がある。

【００１０】一方、従来の加熱脱脂プロセスにおいて、
脱脂を完了するまでに要する時間を短縮する目的で、昇
華性物質を加えた有機バインダーを利用する方法（特開
昭６２−３０６４）やグリーン成形体をジルコンサンド
などの粉末に埋込んで加熱脱脂する方法（「粉体および
粉末冶金」第３８巻第６号Ｐ．９８）が考えられてい
る。両者ともに、設備上問題なく、短時間のうちに欠陥
のない脱脂成形体が得られるものの、前者においては、
射出成形用原料の長期保存やグリーン成形体の再生利用
が困難となったり、また後者においては、グリーン成形
体の埋め込みや脱脂成形体の取り出し、さらに粉末除去
などと作業が煩雑となったりして、量産的な実用性に乏
しいといった問題がある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】従って、本発明は、前記
のような課題を解決するために、従来の加熱脱脂プロセ
スにおいて、欠陥のない脱脂成形体を得ることができ、
且つ、短時間での脱脂の完了を可能にし、量産的な実用
性に富む加熱脱脂成形体を製造し得る粉末射出成形用組
成物を提供することを目的とする。

【００１２】即ち、本発明は、セラミックス粉末、金属
粉末およびサーメット粉末（以下、焼結用粉末と略称す
る）の１種以上（ａ）、熱分解の過程において解重合を
生起する合成樹脂（以下、解重合性樹脂と略称する）
（ｂ）、及びワックス（ｃ）を含む加熱脱脂用粉末射出
成形用組成物に関する。

【００１３】以下に、本発明をさらに詳細に説明する。

【００１４】本発明で使用できるセラミックス粉末とし
ては、アルミナ、ジルコニア、チタニア、酸化ケイ素な
どの酸化物、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化チタ
ン、窒化ホウ素などの窒化物、炭化ケイ素、炭化ホウ素
などの炭化物など、及びこれら２種以上の混合物を挙げ
ることができる。

【００１５】このセラミックス粉末の平均粒径は、通常
０．０１μｍ〜１００μｍ、好ましくは０．１〜５０μ
ｍである。

【００１６】本発明で使用できる金属粉末としては、鉄
粉、ニッケル粉、銅粉、タングステン粉、モリブデン
粉、アルミニウム粉など及び合金粉（鉄−ニッケル合
金、ステンレス鋼など）の金属粉末、及びこれら２種以
上の混合物を挙げることができる。

【００１７】この金属粉末の平均粒径は、通常０．０１
μｍ〜１００μｍ、好ましくは０．１〜５０μｍであ
る。

【００１８】本発明においては、セラミックス粉末と金
属粉末の混合物からなるサーメット粉末（アルミナ−ア
ルミニウムなど）も使用することができる。

【００１９】このサーメット粉末の平均粒径は、通常
０．０１μｍ〜１００μｍ、好ましくは０．１〜５０μ
ｍである。

【００２０】本発明で使用できる解重合性樹脂として
は、ポリアセタール、ポリスチレン、ポリαメチルスチ
レン、ポリ四フッ化エチレン、ポリアルキルメタアクリ
レートなど、及びこれらの２種以上の混合物があげられ
る。

【００２１】本発明で使用できるワックスとしては、脂
肪族炭化水素に属するパラフィンワックス、マイクロク
リスタリンワックス、ポリオレフィンワックス及びこれ
らを部分変成した酸化ワックス、ウレタン化ワックスな
ど及びこれらの２種以上の混合物が挙げられる。

【００２２】本発明において、このワックスの溶融粘度
は重要であって、１２０℃における溶融粘度は２００ｃ
ｐｓ以下であることを必要とする。この１２０℃におけ
る溶融粘度が２００ｃｐｓを越えると、溶融して液化し
たワックスが、グリーン成形体から十分に除去されなく
なって、脱脂成形体に割れや膨れなどの欠陥を発生す
る。好ましい１２０℃の溶融粘度は１００ｃｐｓ以下で
ある。

【００２３】本発明の組成物には、所望により、組成物
の流動性を高め、且つ、射出成形性を向上せしめる作用
を有するランダム分解性樹脂、可塑剤、潤滑剤などの有
機物質を、任意成分として配合することができる。

【００２４】配合できるランダム分解性樹脂としては、
前述したポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢
酸ビニル共重合体などのほか、プロピレン−エチレン共
重合体、プロピレン−ブテン共重合体、プロピレン−ヘ
キセン共重合体などの熱可塑性樹脂を挙げることができ
る。

【００２５】配合できる潤滑剤としては、高級脂肪酸、
高級脂肪族アルコール、脂肪酸アミドなどを挙げること
ができるが、これらの中で、ラウリン酸、ステアリン
酸、ベヘン酸などの飽和高級脂肪酸が好ましい。

【００２６】配合できる可塑剤としては、フタル酸エス
テル、リン酸エステル、マレイン酸エステルなどを挙げ
ることができるが、これらの中で、フタル酸ジブチル、
フタル酸ジオクチル、フタル酸ブチルベンジルなどのフ
タル酸エステルが、好んで使用される。

【００２７】次に、本発明の組成物における焼結用粉末
の１種以上（ａ）、解重合性樹脂（ｂ）、ワックス
（ｃ）及び任意成分（ｄ）の重量割合について述べる。

【００２８】（ａ）の１００重量部に対して、（ｂ）と
（ｃ）と任意成分（ｄ）の合計は１〜５０重量部であ
り、好ましくは５〜４０重量部である。（ｂ）と（ｃ）
と任意成分（ｄ）の合計が、（ａ）の１００重量部に対
して５０重量部を越えた場合には、組成物を射出成形し
て得たグリーン成形体の強度が著しく低下し、１重量部
未満の場合には、組成物の射出成形性が著しく低下す
る。

【００２９】（ｂ）と（ｃ）を合計した重量の割合は、
（ｂ）と（ｃ）と任意成分（ｄ）を合計した重量を１０
０重量％として、７０重量％以上であり、好ましくは、
８０重量％以上である。（ｂ）と（ｃ）の合計が７０重
量％未満では、脱脂が不完全となって、脱脂成形体に欠
陥が発生する。

【００３０】本発明において、（ｂ）と（ｃ）の重量比
は重要であって、２０〜８０対８０〜２０であることを
必要とする。（ｂ）と（ｃ）の重量比が、２０未満対８
０以上の場合には、脱脂成形体に割れによる欠陥が発生
し、８０以上対２０未満の場合には、膨れや変形による
欠陥が発生する。

【００３１】任意成分に含まれているランダム分解性樹
脂、潤滑剤、可塑剤などの配合量に関しては、特に制限
を設けるものではないが、任意成分全体の重量を１００
重量％として、ランダム分解性樹脂は通常８０重量％未
満〔好ましくは７０重量％未満〕、潤滑剤は通常７０重
量％未満〔好ましくは６０重量％未満〕で配合使用する
とよく、残部は可塑剤などである。

【００３２】

【作用】本発明の加熱脱脂用粉末射出成形用組成物にバ
インダーとして配合される解重合性樹脂（ｂ）は、従来
の加熱脱脂用粉末射出成形用組成物で使用されているラ
ンダム分解性樹脂の熱分解温度よりも低い温度で、且つ
急速に解重合による熱分解を生起してモノマー蒸気とな
るため、脱脂が完了する温度、すなわち加熱脱脂プロセ
スにおける最高加熱温度を、従来より低下せしめる作用
を有するとともに、解重合が開始する温度までの熱安定
性が良好であり、加熱脱脂プロセスにおける成形体の形
状を保持する作用をも有する。

【００３３】本発明の加熱脱脂用粉末射出成形用組成物
のバインダー成分には、解重合性樹脂と同時に、溶融粘
度が１２０℃で２００ｃｐｓ以下であるワックスを配合
する。このワックスは、解重合性樹脂が解重合を開始す
る温度よりも低い温度域で溶融し、解重合性樹脂が成形
体の形状を保持する作用を有している間に、低粘度の液
体となって容易に成形体の外部に溶出する作用を有す
る。このワックスの作用は、解重合性樹脂の解重合によ
って発生してくるモノマー蒸気を成形体の外部に導き、
容易に除去せしむるに足る経路を形成し、以て、成形体
の欠陥の原因となるモノマー蒸気による内部圧力を緩和
する効果をもたらす。

【００３４】本発明の加熱脱脂用粉末射出成形用組成物
を、従来行われている焼結粉末の射出成形法の出発原料
に用いることにより、上述した作用が、従来の加熱脱脂
プロセスにおいて、前述した如く、相乗的且つ効果的に
機能するため、従来の加熱脱脂用粉末射出成形用組成物
を用いたプロセス条件である１〜１０℃／時間平均昇温
速度、４００〜５００℃最高加熱温度と比較しても、顕
著に有利な加熱脱脂のプロセス条件で、成形体の脱脂を
完了させることが出来る。

【００３５】

【実施例】以下、実施例及び比較例により本発明を具体
的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではな
い。

【００３６】実施例 １〜１４ 原料粉末として、アルミナ粉末（平均粒径：０．５μ
ｍ）、窒化ケイ素粉末（平均粒径：１．０μｍ）、窒化
アルミ粉末（平均粒径：１．０μｍ）、炭化ケイ素粉末
（平均粒径１５μｍ）、ＳＵＳ−３０４Ｌステンレス鋼
粉末（平均粒径１５μｍ）、ＳＵＳ−３１６Ｌステンレ
ス鋼粉末（平均粒径１５μｍ）、Ｆｅ−Ｎｉ８％合金粉
末（平均粒径１５μｍ）及びＦｅ−Ｎｉ３６％合金粉末
（平均粒径１５μｍ）の各粉末を用意し、それぞれを下
掲の表１に示した割合で、解重合性樹脂、ワックス及び
任意成分と配合し、加圧ニーダーを用いて１４０〜１６
０℃で３０〜５０分間混合し均一化した後、冷却して粉
砕し、平均粒径３ｍｍの射出成形原料とした。この各々
についてプランジャー型射出成形機を用いて、射出圧３
９５〜６６０ｋｇ／ｃｍ² 、筒温度１４０〜１８０℃の
成形条件下で、図１に示した角柱状グリーン成形体（ｘ
＝１０ｍｍ、ｙ＝５ｍｍ、ｚ＝５０ｍｍ）１を成形し
た。

【００３７】

【表１】

【００３８】得られた角柱状グリーン成形体１の各１０
０個を、図２に示す如く５ｍｍ（ｘ）及び５０ｍｍ
（ｚ）の面が底にくる状態で脱脂棚板２上に置いて加熱
脱脂炉（図示せず）に設置し加熱脱脂した。脱脂条件
は、下掲の表２に示した。

【００３９】

【表２】

【００４０】脱脂を完了した脱脂成形体について、割
れ、膨れ、変形などの欠陥の発生状況を目視で観察し
て、後述する５段階の評価記号で表示し、次いで、脱脂
率を算出した。この脱脂成形体の評価結果を、脱脂条件
と併せて、表２に示した。

【００４１】なお、脱脂率は次式より算出した。

【００４２】

【数１】

【００４３】引き続いて、評価を終了した脱脂成形体各
１００個を、下掲の表３に示した焼結条件で焼結し、得
られた焼結体について、欠陥の発生状況を目視で観察し
て、後述する５段階の評価記号で表示し、次いで、水中
置換法（アルキメデス法）で、相対密度（理論密度比）
を算出して評価した。この焼結体評価の結果を、脱脂条
件と併せて、表３に示した。

【００４４】

【表３】

【００４５】比較例 １〜１４ 実施例１〜１４と同様に、下掲の表４に示した配合の組
成物である射出成形原料を作成し、グリーン成形体を得
た。

【００４６】

【表４】

【００４７】次いで、グリーン成形体を、実施例１〜１
４と同じ方法で、下掲の表５に示す脱脂条件で脱脂し、
実施例１〜１４と同じ要領で、脱脂成形体評価の結果を
まとめ、表５に示した。

【００４８】

【表５】

【００４９】但し、比較例１〜１４においては、脱脂完
了時において欠陥のない脱脂成形体が得られなかったの
で、焼結は行わなかった。

【００５０】なお、表１と表４における各符号はそれぞ
れ下記を意味しており、数値は全て重量部で示されてい
る。

【００５１】解重合性樹脂（ｂ）： ＰＢＭＡ・・ポリブチルメタクリレート ＰＭＭＡ・・ポリメチルメタクリレート ＰＯＭ ・・ポリアセタール ＰＳ ・・ポリスチレン

【００５２】ワックス（ｃ） ＷＡＸ I ・・パラフィンワックス（融点：６５℃、溶
融粘度：５ｃＰ／１２０℃） ＷＡＸ II ・・ウレタン化ワックス（融点：６０℃、溶
融粘度：１５ｃＰ／１２０℃） ＷＡＸ III・・酸化ワックス（融点：６５℃、溶融粘
度：２５０ｃＰ／１２０℃）

【００５３】任意成分（ｄ）： ＥＶＡ・・エチレン酢酸ビニル共重合体 ＰＰ ・・ポリプロピレン ＰＥ ・・ポリエチレン ＳＴ ・・ステアリン酸 ＤＢＰ・・ジブチルフタレート

【００５４】また、表２、表３及び表５の評価記号は、
下記を意味している。 ◎：欠陥発生率 ５％未満 ○：欠陥発生率 ５％以上１０％未満 △：欠陥発生率 １０％以上５０％未満 ▲：欠陥発生率 ５０％以上９０％未満 ×：欠陥発生率 ９０％以上

【００５５】

【発明の効果】本発明の加熱脱脂用粉末射出成形用組成
物を、従来行われている焼結粉末の射出成形法の出発原
料に用いることにより、従来行われている加熱脱脂プロ
セスにおいても、従来よりはるかに短時間で脱脂を完了
して欠陥のない脱脂成形体を得ることが可能となり、量
産的な実用規模で良好な焼結製品を製造することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】グリーン成形体の斜視図である。

【図２】グリーン成形体を脱脂するときの脱脂棚板上に
載置した状態を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ グリーン成形体 ２ 脱脂棚板

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミックス粉末、金属粉末およびサー
   メット粉末の１種以上（ａ）、熱分解の過程において解
   重合を生起する合成樹脂（ｂ）及びワックス（ｃ）を含
   むことを特徴とする加熱脱脂用粉末射出成形用組成物。
2. 【請求項２】 合成樹脂（ｂ）とワックス（ｃ）の重量
   比が、２０〜８０対８０〜２０であることを特徴とする
   請求項１の加熱脱脂用粉末射出成形用組成物。
3. 【請求項３】 ワックス（ｃ）の溶融粘度が、１２０℃
   で２００ｃｐｓ以下であることを特徴とする請求項１又
   は２の加熱脱脂用粉末射出成形用組成物。