JPH07187802A - 焼結成形部材の製法 - Google Patents
焼結成形部材の製法Info
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Abstract
材の製法 【構成】 a)セラミック及び/又は金属粉末と b)ポリオキシメチレン及び/又はオキシメチレン単位
を多くの割合で含有するコポリマー との混合物を成形して未加工体を製造し、ガス状の酸を
用いる処理によりバインダーを除去し、熱分解させ、焼
結させることにより焼結成形部材を製造する方法におい
て、a)とb)との混合物に、90℃〜220℃で溶融
され、ポリオキシメチレンと混合可能であり、かつポリ
オキシメチレンに対して安定であり、かつホルムアルデ
ヒドと架橋反応しない熱可塑性樹脂c)を添加する。
Description
又は金属粉末と付加的に高分子炭素先駆物質を含有する
ポリオキシメチレンとの混合物を成形することによる、
良好に分散された炭素を含有する焼結成形部材の改良製
法に関する。
ZrC、SiO2又はTiO2のセラミック粉末又はその
混合粉末、又は例えば、Fe又は低合金鋼の金属粉末又
はその混合粉末の焼結の際に、焼結添加剤又は反応体と
して、グラファイト又はカーボンブラックの形の良好に
分散された炭素を使用することは、公知である。
0号明細書及び米国特許(US)第4004934号明
細書は、炭素原子を含有する炭化珪素セラミックと硼素
又はアルミニウムを含有する化合物とを、1900℃〜
2300℃で、圧力適用して、又は圧力適用せずに焼結
することを記載している。炭素約2重量%の添加は、焼
結工程の間に、炭化珪素粉末粒子のSiO2−表層を除
去し、かつSiO2との反応により微細なSiCを生ぜ
しむることにより、SiCの固相焼結工程(solid-phas
e sintering process)を促進する。
グラファイト、カーボンブラック又はコークスの使用
は、均一の凝集物不含の炭素の分散が生ずるという問題
を生ぜしむる。殊に、カーボンブラックを使用する場合
には、その高い比表面積が、射出成形組成物の流動性を
害する。
部材を得るために、炭素の均一な分散が必要である。従
って、この目的のために既に、米国特許(US)第40
04934号明細書は、炭素を供与する化合物として、
不活性ガスの下で熱分解して、炭素を供与する樹脂、例
えばフェノール樹脂、ポリエステル樹脂又はエポキシ樹
脂の使用を記載している。
1号明細書は、無機焼結成形部材の製法を記載してお
り、ここでは、焼結可能な粉末とバインダーとしてのポ
リオキシメチレン又はオキシメチレン単位を多くの割合
で含有するコポリマーとから、押出し又は射出成形によ
り未加工体が、成形される。このバインダーは、ガス状
の酸又はガス状の三フッ化硼素を用いる処理により、こ
れらの未処理部材から、迅速に、分解又は変形を伴わず
に除去される。
A)第413231号明細書に従った、未加工体の製法
と炭素又は炭素供与物質を使用する公知の成形技術とを
結びつける事である。
ポリオキシメチレンとから成る装入原料を約170℃で
成形している間に、MAC値を下まわる少量のホルムア
ルデヒドが、ポリオキシメチレンの熱分解により形成さ
れ得る。この量は、特定の炭素供与化合物、例えばフェ
ノール樹脂、エポキシ樹脂又はフラン樹脂を架橋するの
に充分である。炭素供与化合物の架橋は、装入原料の粘
度を高くし、これは、それが引き起こす高温により、ホ
ルムアルデヒドの発生を増加させ、かつ装入原料の装置
内での完全な凝固を生ぜしめる。
ンをベースとするセラミック又は金属の装入原料と、均
一に混合しない。
題を生じずにポリオキシメチレンで処理しうる炭素供与
化合物は公知ではなかった。
は、処理条件下で、ポリオキシメチレンと容易に相容性
であり、ホルムアルデヒドと架橋せず、かつ高熱分解工
程の後に、成形部材中に均一に炭素を分散させる炭素供
与化合物をみつけることである。
ック及び/又は金属粉末と b)ポリオキシメチレン及び/又はオキシメチレン単位
を多くの割合で含有するコポリマー との混合物を成形して未加工体を製造し、ガス状の酸を
用いる処理によりバインダーを除去し、高熱分解させ、
焼結させることによる焼結成形部材の製法により、達成
されることを発見し、これは、a)とb)との混合物
に、90℃〜220℃で溶融され、b)と混合可能であ
り、かつb)に対して安定であり、かつホルムアルデヒ
ドとの架橋反応をしない熱可塑性樹脂c)を添加するこ
とよりなる。
物にも関する; セラミック及び/又は金属粉末 a)(a)+b)+c)の総量に対して) 35〜75容量% ポリオキシメチレン及び/又はオキシメチレン単位を多くの割合で含有するコ ポリマーから成るバインダー b)の混合物 (a)+b)+c)の総量に対し て) 25〜65容量% 90〜220℃で溶融され、バインダー b)と混合可能で、安定であり、か つホルムアルデヒドとの架橋反応をしない熱可塑性ポリマー c)(a)に対し て、熱可塑性ポリマーc)の重量比で) 0.1〜15重量%。
組成物を使用する場合には、成分c)の割合は、成分
a)に対して、4〜12重量%が有利であり、6〜10
重量%が殊に有利である。焼結金属体を得るためには、
成分c)の割合は、a)に対して、0.4〜8重量%、
特に0.4〜3.5重量%が有利である。
より使用され得る熱可塑性ポリマーは、特に、ポリカー
ボネート、及び有利には、芳香環を高い割合で有するポ
リエ−テルから成る群から選択された高い炭素含分を有
するポリマーであり、殊には、ビスフェノールA及び脂
肪族ジオール成分に由来するポリエ−テルである。
し、220℃まで安定しているべきである。これらの分
子量は、一般に5000〜140000、有利に100
00〜20000であるべきである。
テルは、殊に有利であり、これは、個々の特性を引用箇
所に記載しているH.F.Mark, N.G.Gaylord and N.B.Bika
les, Encyclopedia of Polymer Science and Technolog
y,Vol.10,Phenoxy Resins: pp.111〜122,Interscience
Publishers, New York中の記載のようにして得ることが
できる。
ば、式:
の式:
の式:
35重量%である。この炭素形成性熱可塑性樹脂を使用
セラミック及び/又は、金属粉末の量に対して、使用量
0〜15重量%の特定の比で、セラミック及び/又は、
金属粉末に加える。
れらの処理は、自体公知であり、詳細は、ヨ−ロッパ特
許(EP)第0413231号明細書に記載されてお
り、これは、成分及び処理法をも記載している。
粉末は、所望の材料特性を達成するために、特定の炭素
含分を有すべきであるセラミック粉末、例えば、Si
C、WC、TiC、TaC、ZrC、SiO2又はTi
O2、更に、金属粉末、例えば、Fe、Al、Cu、N
b、Ti、Mn、V、Ni、Cr、Co、Mo、W又は
Siである。金属粉末は、前記のものとしても、合金の
形でも、使用することができる。勿論、これらの材料の
混合物も使用できる。
結晶(nanocrystalline)0.005μm〜10μm、
有利に、0.1μm〜5μm、殊に有利に0.2μm〜
2μmに及ぶ。
〜100μm、有利に0.1μm〜50μm、殊に有利
に1μm〜30μmに及ぶ。
例えば、有利には10000〜500000の分子量を
有するポリオキシメチレンが包含される。好適なバイン
ダーには、ホルムアルデヒド又はトリオキサンのホモポ
リマーの他に、トリオキサンと例えば、環状エーテル、
例えばポリマーに対して一般的にコポリマー1〜4重量
%の量の酸化エチレン及び1,3−ジオキソラン又はホ
ルマール、例えばブタンジオールホルマールとのコポリ
マーも包含される。
スカーを組成物に添加することができる。これらは、付
加的に助剤、例えば分散剤又は離型剤例えばポリエチレ
ングリコール又は、更に、熱可塑性バインダー、例えば
ポリエチレン、ポリメチルメタクリレート又はポリエチ
レンオキシドを含有することができる。助剤の量は、一
般に全組成物に対して、0.1〜12重量%である。
で混合した後に、組成物を例えば、160℃〜200℃
の温度、500〜2000barの圧力での射出成形に
より成形する。この際、少量のホルムアルデヒドが、形
成される。
るガス状雰囲気にさらす。これによりバインダーは分解
され、ガス状生成物、有利にホルムアルデヒドが生じ
る。バインダー除去の間の温度は、一般に、100℃〜
160℃であり、この工程は、バインダーの軟化温度を
下まわる温度で有利に実施される。
る前記のフェノキシ樹脂は、不活性ガス、例えば窒素又
はアルゴンの下で、少なくとも600℃の温度で、高熱
分解されて、微細に分散された炭素を生じる。
mgを熱天秤中、10K/min、アルゴン下で、90
0℃に加熱した。2時間の保持の後に、24%の残留炭
素が残った。
を製造するために、0.8重量%の炭素含分、0.3重
量%の酸素含分、3〜4μmの平均粒度を有するカルボ
ニル鉄粉末(carnonyl iron powder OM,BASF AG)10
00gに、ポリオキシメチレン115g及びフェノキシ
樹脂(UCAR Phenoxy Resin PKHH,Union Carbide Deutsc
hland GmbH;残留炭素 24重量%)16.7重量%を
配合し、かつ射出成形により、直径25mm、厚さ5m
mの円筒形ディスクを製造した。
導入される、窒素流500l/h中での110℃での加
熱により、実験見本から、バインダーを触媒的に除去し
た。次いで、電気加熱炉中、アルゴン流200l/h
中、加熱速度5K/minで、1250℃に加熱し、1時
間この温度を保持し、25K/minで冷却することによ
り、実験見本を焼結させた。
れた、実験見本の密度は、7.6g/cm3であった(理
論密度の97%に相応)。温キャリヤー・ガス抽出クロ
マトグラフィーにより測定された実験見本の全炭素含分
は、理論計算値(1.25重量%)に非常に近い、1.
23〜1.24重量%であった。実験見本の研磨された
部分の光学顕微鏡検査は、良好な分散性残留多孔性(熱
処理用材料としての適合性を表す)を有する均一な真珠
様微細構造を示した。
1.35〜1.65重量%、C 0.95〜1.10
重量%)の熱処理可能な低合金鋼を製造するために、カ
ルボニル鉄粉末(例2と同様のもの)1000g、25
μmを下まわる粒度を有する、ガスにより粉末化された
FeCr粉末(H.C.Starck)32g、ポリオ
キシメチレン122g及びフェノキシ樹脂13.5gを
例2の記載と同様に処理した。
ダーを除去し、見本に、窒素雰囲気中、1150℃、1
時間の保持時間で、焼結反応を実施した。加熱速度は、
2K/min、冷却速度は、25K/minであった。
であった。実験見本の全炭素含分は、理論的計算値1.
05重量%に非常に近い、1.02重量%であった。微
細構造の検査は、第2セメンタイトを含有する、均一な
真珠様微細構造を示した。走査型電子顕微鏡でのエネル
ギー分散性微量分析は、均一なCr分布を示した。
(850度、30分、水中での急冷)との好適な熱処理
は、熱処理用の焼結材料としての適合性を証明する、硬
度750 HV 0.5を生ぜしめることができた。
標)PHENOXY RESIN PKHH(Union Car
bide Deutschland GmbH)に、0.4μmの平均粒度を有
するSiC1000g及び0.8μmの粒度を有する硼
素4g及びトリオキサンのポリオキシメチレンコポリマ
ー(POM/PBDF)及び150000の平均分子量
を有するブタンジオールホルマール2重量%及び滑剤と
しての800の分子量を有するポリエチレングリコール
(PEG)2重量%を配合し、射出成形により処理し、
5×6×65mm3の形状を有する棒を製造した。
活性ガスとしての窒素500l/hと共に、4時間加熱
することにより、バインダーをこの棒から除去した。
までの加熱及び2時間の保持時間の後の分析は、表中に
示された遊離炭素含分(Cp)を示した。
下での、焼結の後に、表中に示された遊離炭素含分(C
s)及び焼結密度(Ds)が得られた。
の遊離炭素含分は、DIN 51075に従って測定さ
れた。
分及び2.0%の酸素含分を有した。焼結の成功のため
には、高熱分解後の遊離炭素約3%が必要である。Si
Cの理論密度は、3.22g/cm3である。
Claims (1)
- 【請求項1】 a)セラミック及び/又は金属粉末と b)ポリオキシメチレン及び/又はオキシメチレン単位
を多くの割合で含有するコポリマー との混合物を成形して未加工体を製造し、ガス状の酸を
用いる処理によりバインダーを除去し、熱分解させ、焼
結させることにより、焼結成形部材を製造する方法にお
いて、a)とb)との混合物に、90℃〜220℃で溶
融され、b)と混合可能であり、かつb)に対して安定
であり、かつホルムアルデヒドとの架橋反応をしない熱
可塑性樹脂c)を添加することを特徴とする、焼結成形
部材の製法。
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