JPH07316607A - 焼結金属部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 焼結金属部品の製造方法において、部品に損
傷を与えることなく部品を分離でき、製造された部品の
酸化抵抗を損なわない。 【構成】 複数のなまの金属部品を用意する。それら複
数の金属部品のうちの少なくとも２つにおける接触表面
に離型剤を塗布し、複数の金属部品をアッセンブリとす
る。この離型剤はアルミナと大気圧で約100 ℃未満の気
化温度を有するビヒクルとの混合物であると共に、アル
ミナおよびなまの金属部品とは非反応性である。接触表
面を有する金属部品の少なくとも１つがハニカム構造で
ある場合、アルミナのメジアン粒径は約３マイクロメー
タ以下である。次いでアッセンブリを焼結し、離型剤と
接触している金属部品を分離する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は離型剤を用いた焼結金属
部品の製造方法に関するものである。離型剤を用いるこ
とにより、酸化抵抗性に悪影響を及ぼさずに、焼結部品
を好ましく分離することができる。この離型剤は特に、
金属ハニカムの焼結に適している。

【０００２】

【従来の技術】排気システム用の金属ハニカムは、互い
に混合され、押し出されて所望の密度に焼結される金属
粉末から作られる。そのような構成部材は、なま（gree
n ：押し出されて乾燥しているが、焼成されていない）
の状態で接合されて、互いに焼結され一体構造となる様
々な押出し部材から作ることができる。例えば、予熱器
は、電極として機能する、端部で接合された２つのロッ
ドまたはバーを有する金属ハニカムボディから作られ
る。焼結を行なうためになまの部品を炉に配置する場
合、そのなまの部品は、精密なハニカム構造または付属
片（存在する場合には）のいずれもゆがめることなく稠
密化の際に生じる収縮（あるボディについて約20リニア
％（linear％）まで）を許容する押出し金属の捨て片
（sacrificial piece ）により支持しなければならな
い。さらに、捨て片は、炉の気体中にある汚染物との間
で望ましくない相互作用を起こさせないために、部品を
隔離するのに用いられる。

【０００３】捨て片は焼成後に取り除かなければならな
い。しかしながら、焼結工程中に接触している押出し金
属部品は互いに焼結（結合）して、分離を困難または不
可能にする傾向がある。したがって、捨て片は、焼結中
に焼成部品に結合し得、両者に損傷を与えることなく取
り除けない。

【０００４】離型剤は、部品が互いに焼結するのを防ぐ
のに用いられる。離型剤を結合表面の一方または両方に
塗布することにより、互いの表面の間および／または表
面と離型剤との間の結合を防ぐ。したがって、離型剤
は、表面を離れる状態に維持し、表面を構成する材料と
は非反応性でなければならない。なま生地の場合、離さ
なければならない表面の性質を変える物理的および化学
的反応が焼結中に生じるという事実により事情は複雑に
なる。さらに、焼結工程の全温度範囲に亘って反応性が
あってはならない。

【０００５】ＦｅＣｒＡｌ合金の場合、離型剤は焼結温
度範囲全域に亘ってバッチ成分のいずれともいかなる反
応生成物をも形成してはならない。特に酸素に関して言
えば、合金中にアルミニウムが存在するということは、
離型剤が酸化物である場合、この離型剤は、アルミナと
同等かあるいはそれ以上に安定していなければならず、
さらにアルミナとの反応性を有してはならない、という
ことである。例えば、シリカ含有粉末は、シリカが加熱
工程中にアルミニウムによって還元されるので、使用で
きない。モリブデンまたは黒鉛粉末または飛沫（spray
）のような通常用いられる離型剤のいくつかは、金属
ボディと反応してしまうため、用いることができない。

【０００６】別の離型剤は、部品が互いに焼結するのを
防ぐように良好に機能する窒化ホウ素が挙げられるが、
この離型剤は、焼結および／またはそれに続く酸化工程
中に焼成金属ボディと反応し、酸化を促進させてしま
う。優れた酸化抵抗はある用途（例えば、排気システム
構成材料）にとっては重要な特性であるので、酸化抵抗
の低下は離型剤にとっては許容できない代償である。

【０００７】ルースアルミナ粉末（loose alunima powd
er）は、焼結中に部品を互いに結合させないために用い
ることができるが、この粉末は、焼成中の炉床板に対し
て「上」に位置する表面（すなわち、部品の上側表面）
にのみ施せる。また、ルースアルミナ粉末は、炉内に放
出されて有害な影響を与えることがあり得る。

【０００８】離型剤は、焼結誘発収縮（sintering-indu
ced shrinkage ）中にセルを変形させてはならない。そ
のような変形は過剰に粗い細粒の粉末離型剤から生じ得
る。その場合、部品が個々の細粒に乗ってしまい、薄く
脆いハニカム表面に過剰の応力を与えることになる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】したがって、部品に損
傷を与えることなく部品を分離させ、酸化抵抗に悪影響
を及ぼさない改良離型剤を金属部品の焼結中に用いる必
要性が依然としてある。

【００１０】本発明は、そのような離型剤を焼結金属部
品の製造の使用するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明においては、焼結
の前になまの金属部品の表面を接触させる用途に適し、
焼結後に部品を分離させる離型剤を利用する。この離型
剤はアルミナと、大気圧で約100 ℃未満の気化温度を有
するビヒクルとの混合物であり、アルミナおよびなまの
金属部品とは非反応性である。接触表面を有する部品の
少なくとも１つがハニカム構造である場合、アルミナの
メジアン（median）粒径は約３マイクロメータ以下であ
る。

【００１２】本発明は焼結前になまの金属部品またはボ
ディの接触表面に施すのに適した離型剤に関するもので
ある。本発明の離型剤を使用することにより、酸化抵抗
を明らかに損失することなく、そして製造部品に損傷を
与えることなく、焼結後に部品をきれいに分離すること
ができる。

【００１３】本発明の焼結ボディは、排気ガス浄化等の
ための触媒の担体、ヒーター、例えば触媒ヒーター、ま
たは電気加熱触媒、触媒コンバータ等のような、酸化雰
囲気における高温用途に用いられる。本発明は１つ以上
のハニカム構造を含む複合構造物の製造に特に適してい
る。ハニカムはセルの間に壁またはウェルを有するマル
チセルボディ（multicellular body）である。離型剤は
アルミナと焼結工程中に容易に蒸発するビヒクルとの混
合物である。

【００１４】アルミナは高純度でなければならない。Ｓ
ｉ混入がほとんどないかあるいはまったくないことが好
ましい（例えば、ＳｉＯ₂ 含有が約0.02重量％以下）。
アルミナは微粉アルミナ（fine alumina）であるべきで
ある。微粉アルミナは、約５マイクロメータ以下のメジ
アン粒径を有するアルミナを意味する。離型剤アルミナ
粉末が微粉粒径であることにより、１つの部品の重量が
もう一方の部品に均等にかかるようにするのに十分な表
面積が得られる。例えば、ある部品が他の部品の上に配
されているようなハニカムにおいては、上側にある部品
の重量は、下側にある部品のウェブ表面に亘って均一に
分散される。接触表面を有する部品の少なくとも１つが
ハニカム構造である場合、メジアン粒径は約３マイクロ
メータ以下とする。ほとんどの部品に対しての一般的な
基準として（特に接触表面を有する部品の１つが、なま
の状態において約0.10から約0.20ミリメートルの壁厚を
有するハニカムである場合にそうであるが）、アルミナ
のメジアン粒径は好ましくは約1.5 マイクロメータ以下
であり、より好ましくは約0.5 マイクロメータ以下であ
る。好ましいアルミナは、セジグラフ分析（sedigraph
analysis）により測定した場合、≦１μｍの粒子が約90
％、≦0.44μｍの粒子が約50％、≦0.19μｍの粒子が約
10％の粒径分布を有するものである。そのようなアルミ
ナの好ましい供給源の１つは、Ａ−16の商品名でアルコ
アにより供給される。

【００１５】ビヒクルは、ボディの所望の表面にアルミ
ナを均一に施すためのアルミナを分散させる液体媒質で
ある。ビヒクルは、アルミナを溶解させたりアルミナ粒
子の性質を変えたりせずに、アルミナを分散させること
ができなければならない。ビヒクルは実質的に、アルミ
ナに対して非反応性であり、なまの金属ボディとも非反
応性でなければならない。ビヒクルは、作業温度におい
てビヒクルをアルミナのための液体媒質として機能させ
るがアルミナを部品に施した後は容易にそしてきれいに
蒸発するようなる気化温度を有さなければならない。し
たがって、大気圧での媒質の気化温度は約100 ℃未満で
あり、好ましくは約50℃から約100 ℃未満までの範囲に
ある。本発明は以下の例に限定されるものではないが、
本発明を実施するのに使用できるビヒクルのいくつかの
例としては、アルカン、アルケン、アルキン、アルコー
ル、アミン、芳香族類、エステル、ケトン、ハロゲン化
化合物、およびそれらの組合せが挙げられる。例示した
ビヒクルの気化温度は上述した温度範囲内にあり、これ
らのビヒクルはアルミナに対して非反応性でありかつボ
ディとも非反応性である。これらの必要条件を満たす、
上述した群のビヒクルの誘導体も使用できる。ビヒクル
の選択は、環境、安全性、経済性、および入手可能性の
要因に依存する。アルコールが好ましい。アルコールの
いくつかの例としては、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、イソプロピルアルコー
ル、第２ブチルアルコール、および第３ブチルアルコー
ル、並びにそれらの組合せが挙げられるが、イソプロピ
ルアルコールが好ましいビヒクルである。選択したビヒ
クルについて、取扱性を最も良くするように、アルミナ
とビヒクルの相対量を選択する。ビヒクルに対するアル
ミナの比率は、混合物が濃厚すぎて塗布すべきボディ表
面に塗布できないほど高すぎてはならず、また混合物が
薄すぎて適量のアルミナ離型剤を塗布すべきボディ表面
に塗布できないほど低くすぎてはならない。

【００１６】本発明の好ましい実施態様によると、ビヒ
クルはイソプロピルアルコールである。アルミナのイソ
プロピルアルコールに対する重量比は、約１：7.5 から
約５：４までの範囲にあることが好ましい。比率１：7.
5 以下では薄すぎて、アルミナは満足するコーティング
を形成する懸濁状態には維持されず、イソプロピルアル
コールは混合物の適応前に容易に蒸発する。約５：２以
上の比率では濃すぎて適応できない。上記重量比は、好
ましくは約１：６から約５：４までの範囲、より好まし
くは約１：５から約５：４までの範囲とする。これらの
範囲であれば、混合物の粘度が一般的に良好であり、焼
結後の分離も良好となるからである。焼結後の残留物が
最小となるため、最も好ましい比率は１：５である。

【００１７】本発明のある実施態様によれば、なま部品
から焼結金属部品を製造する際に離型剤を用いる。焼結
中に互いに結合させないなまの部品表面に離型剤を施
す。

【００１８】「なま（green ）」という用語は、従来技
術において用いられており、この出願においては、焼結
可能粉末または微粒子材料から作られている造型ボディ
のまだ焼結状態へと焼成されていない状態を意味する。

【００１９】複数のなま金属部品またはボディを用意す
る。焼結後に最終製品となる、少なくとも１つの部品を
用意する。そのような部品を製造部品または製造ボディ
と称する。捨て部品と称する少なくとも１つの部品を用
意する。捨て部品の目的は、製造部品を支持すること、
そしてその製造部品を変形させることなく、高密度化中
に生じる収縮を許容することにある。さらに、捨て片を
用いて、炉の汚染物と相互作用を起こさないように製造
部品を隔離する。なまの製造部品は１つの片として焼結
できる。または、製造部品の構成部材を、どのような複
合形状の製造ボディにも組み立てることもできる。複合
焼結ボディをなまボディの構成部材から作る場合には、
互いに接触させることにより、なまのボディを組み立て
て所望の複合形状を形成する。合わさる表面を平らで、
互いに平行にし、泥や他の汚染物を混入させないことに
より、構成部材部品の結合を促進させる。本発明の離型
剤を、焼結中に互いに接触させられるが焼結後には分離
される製造ボディの表面および／または捨て部品の表面
に塗布する。材料、ボディの形状およびサイズによる条
件下で製品および捨て部品を焼結し、高密度ボディを形
成する。捨て部品は焼結後に取り除く。

【００２０】本発明の離型剤を使用することにより、捨
て部品をきれいに取り除くことができる。この離型剤を
使用しなければ、捨て部品は互いに焼結して（結合し
て）、捨て部品の除去が困難または不可能になるか、ま
たは製造部品が損傷し得る。

【００２１】好ましい実施態様によると、離型剤は特に
焼結ハニカムボディの製造に用いるのに適している。本
発明は以下に限定されるものではないが、ハニカムのい
くつかの例として、約94セル／ｃｍ² （約600 セル／ｉ
ｎ² ）、約62セル／ｃｍ²（約400 セル／ｉｎ² ）、ま
たは約47セル／ｃｍ² （約300 セル／ｉｎ² ）を有する
ハニカム；約31セル／ｃｍ² （約200 セル／ｉｎ² ）を
有するハニカム；もしくは約15セル／ｃｍ² （約100 セ
ル／ｉｎ² ）を有するハニカム等が挙げられる。触媒コ
ンバータ用途における典型的な壁（ウェブ）厚は、例え
ば、400 セル／ｉｎ² （62セル／ｃｍ² ）のハニカムに
ついては約５ミル（約0.13ｍｍ）である。ウェブ厚の範
囲は一般的に、約４から約25ミル（約0.1 から約0.6 ｍ
ｍ）である。ボディの外部サイズおよび形状は、用途に
より制御される。

【００２２】本発明を実施するには、どのような焼結可
能金属または金属組成物にも用いられることを意図す
る。特に好ましい金属または金属組成物は、鉄族金属お
よびアルミニウム組成物であり、好ましい鉄族金属は鉄
である。特に好ましいものは、Ｆｅ、Ａｌ、およびＣｒ
である。例えば、Ｆｅ５−２０Ａｌ５−４０Ｃｒ、およ
びＦｅ７−１０Ａｌ１０−２０Ｃｒ粉末と他の考えられ
る添加物が特に適している。金属粉末の典型的な組成物
のいくつかが、米国特許第4,992,233 号、第4,758,272
号、およびヨーロッパ特許出願公開第488716A1号に開示
されており、これらの特許をここに参照文献として包含
する。米国特許第4,992,233 号は、Ｓｎ、Ｃｕ、および
Ｃｒを必要に応じて添加した、ＦｅおよびＡｌの金属粉
末組成物から作られる多孔性焼結ボディの製造方法に関
するものである。ヨーロッパ特許出願公開488716A1号
は、重量パーセントで表して、約５％から約40％のクロ
ム、約２％から約30％のアルミニウム、０％から約５％
の特定金属（special metal ）、０％から約４％の希土
類金属酸化物添加物、および釣り合う量の鉄族金属であ
って、好ましい鉄族金属が鉄から実質的になる組成を有
し、例えば、ＭｎまたはＭｏのような不純物が避けられ
ない多孔性焼結ボディに関するものである。希土類金属
酸化物を加える場合には、特定金属は、Ｙ、ランタニ
ド、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｓｉ、アルカリ土類金属、Ｂ、
Ｃｕ、およびＳｎからなる群より選択される少なくとも
１つの金属である。希土類金属酸化物を加えない場合に
は、特定金属は、Ｙ、ランタニド、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔｉ、
Ｓｉ、およびＢからなる群より選択される少なくとも１
つの金属であり、必要に応じてアルカリ土類金属、Ｃ
ｕ、およびＳｎを加える。

【００２３】一般的に、金属粉末および／または金属合
金粉末、並びに必要に応じて希土類酸化物粉末を、所望
の組成を有するボディとなるような量で混合する。これ
らの粉末を用いる場合、開始金属粉末は、鉄、コバル
ト、ニッケル、クロム、アルミニウム金属、および選択
した金属粉末である。金属は、非合金形状でも、１つ以
上の他の金属との合金でも、もしくは部分的に非合金で
あり部分的に合金として用意してもよい。しかしなが
ら、最も典型的には、釣合う量として加える場合、鉄は
元素の状態にある。クロムは元素であってもアルミニウ
ムまたは鉄との合金であってもよい。クロム−アルミニ
ウム合金が好ましい。一般的に、アルミニウムは、安定
性のために鉄および／またはクロムとの合金として用意
する。本発明の典型的なある組成を有するボディを製造
するための混合物を配合するのに用いられる典型的な合
金粉末のいくつかの例としては、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ−
（Ｙ、ランタニド属の元素、Ｚｒ、Ｈｆ、またはＣｕ）
合金粉末、Ｃｒ−Ａｌ−（Ｙ、ランタニド属の元素、Ｚ
ｒ、Ｈｆ、またはＣｕ）合金粉末、Ｆｅ−Ｂ、Ｆｅ−Ｓ
ｉ粉末等が挙げられる。

【００２４】開始粉末の粒径は、製造される最終製品に
よる。例えば、（焼結されたときに）約62セル／ｃｍ²
（約400 セル／ｉｎ² ）および約180 マイクロメータ厚
の壁厚を有するハニカムを製造する場合、粒径は限定さ
れるものではないが、一般的に、直径で約44マイクロメ
ータ以下である。約47セル／ｃｍ² （約300 セル／ｉｎ
² ）および約250 マイクロメータ厚の壁厚を有するハニ
カムを製造する場合、粒径は限定されるものではない
が、一般的に、直径で約53マイクロメータ以下である。
約31セル／ｃｍ² （約200 セル／ｉｎ² ）および約300
マイクロメータ厚の壁厚を有するハニカムを製造する場
合、粒径は限定されるものではないが、一般的に、直径
で約74マイクロメータ以下である。

【００２５】比較的均質な混合物を上述した金属粉末お
よび必要に応じて希土類金属酸化物から調製する。これ
は、一般的に乾式混合により行なって、均質な混合物を
調製する。

【００２６】この混合物をなまのボディに形成する。こ
れは、従来技術で知られているいかなる方法、例えば、
圧縮成形、射出成形、押出成形等により行なうことがで
き、押出成形が好ましい。成形方法により、金属粉末混
合のための結合剤、形成助剤、およびビヒクルを必要に
応じて加えてもよい。例えば、ケイ素樹脂またはポリビ
ニルアルコールとのアクリル樹脂のような非水性結合剤
は、ビヒクルとしてのジアセトンとともに用いられる。
パラフィンおよび他のワックスは、潤滑剤としてのステ
アリン酸またはグリセリンとともに射出成形に用いられ
る。なまのボディを製造する好ましい方法の１つは、有
機結合剤、例えば、メチルセルロース、ポリビニルアル
コール等、および金属粉末のためのビヒクル、および必
要に応じての他の助剤、例えば、酸化防止剤を組も合わ
せて、比較的均質な湿った混合物を調製する。上記操作
は典型的に、結合剤および助剤（使用する場合には）を
混合物に加え、乾式混合物を形成することにより行な
う。次いでヒビクルを加えて湿った混合物を調製する。
結合剤とビヒクルとの組合せの実施例の１つは、それぞ
れメチルセルロースと水である。この組合せについて、
金属粉末の酸化を防ぐ助剤として、オレイン酸のような
有機酸を加えることが好ましい。結合剤と助剤とビヒク
ルとの組合せの実施例の１つは、混合物組成物約100 ｇ
当たり、約４ｇのメチルセルロース、約１ｇのオレイン
酸および約11ｇから約12ｇまでの範囲の水である。この
混合物を押出しによりなまボディに造型する。必要性は
ないけれども、この時点でボディは通常乾燥されてい
る。これは典型的に空気乾燥により行なわれる。

【００２７】複合形状を構成部材ボディから作る場合に
は、乾燥していようとなかろうと、前述したように互い
に接触させるように配置することにより、いかなる所望
の複合体形状を形成するように組み立てる。この技術を
用いると、焼成により、なまボディにおいて設計したセ
ル開口部およびボディのアラインメントを維持すること
ができるので、ハニカム形状は特にこの結合技術に適し
ている。本発明の結合技術は、押出し金属ハニカムの精
密なセル幾何学を破壊する他の結合技術の場合とは異な
る。

【００２８】例えば、ハニカムは、ハニカムのセルが互
いに平行かまたは非平行になるように、外側の外形表面
の少なくとも一部と継ぎ合わせられる。外側の外形表面
は、ボディのセルを囲む外側の表面を意味する。例え
ば、あるボディを別のボディ上に配し、上のボディの重
量により生じた圧力が、ボディを継ぎ合わせる表面に亘
って作用し、それにより対になる表面を互いに焼結す
る。そのような複合体ボディは、十字流を利用する用途
に用いることができる。ボディは、全てのセルが平行と
なるように並べて配置できる。そのような場合、支持装
置または締付け装置を用いて、焼結中に表面が接触した
状態を確実に維持できる。個々の構成ボディの寸法、す
なわち、サイズ、形状およびセルの密度と数は、望まし
い十字流模様および用途に応じて変更できる。どのよう
な数の構成ハニカムも複合体ボディを形成でき、それら
のハニカムは平行および非平行の配置のいかなる組合せ
にも配置できる。これらのハニカムは、ボディの全体の
サイズと形状に応じて、並びにセルの数、サイズ、およ
び形状に応じて変更できると考えられる。ハニカムは、
各々のハニカムのセルの配置が隣接するハニカムに対し
て回転させて端部と端部（解放セルラ面）をつけて継ぎ
合わせられる。この時ハニカムは、隣接するハニカムに
関して各々のハニカムのセルが回転させて端部と端部を
つけて積重される。この配置は回旋流路（convoluted f
low path）となる。

【００２９】本発明によるハニカムの継合せにおいて、
複合体ボディの一部として継ぎ合わせない実質的に同一
の金属組成物の捨て部品（sacrificial part）を一般的
に用いて、焼結中のアッセンブリを支持する。本発明の
離型剤を複合ボディアッセンブリと捨て部品との間に塗
布して、複合体に対してこれらの他の部品が焼結するの
を防ぐ。

【００３０】焼結または焼成時間および温度は、高密度
化、さらに複合体ボディにおけるなまのボディ間の金属
間拡散（interdiffusion of the metals）を生じるのに
十分である。非酸化雰囲気、好ましくは、水素を含有す
る雰囲気において、複数のボディを互いもに焼結する場
合にはボディを互いに結合させ、高密度化ボディまたは
高密度化単一複合体ボディとするのに十分な温度と十分
な時間に亘り焼結を行なう。焼結ボディの全多孔度は約
０％から約50％までの範囲である。本発明の目的である
実質的に完全に高密度化される焼結ボディが、約２％以
下の全多孔度を有することが好ましい。好ましい焼結雰
囲気は水素である。好ましい焼結技術は、ボディの近傍
のまたはボディと接触した囲い（enclosure ）でなまの
ボディを囲うことである。

【００３１】鉄族金属から作られたボディに関して好ま
しい焼結温度は約1000℃から約1450℃までの範囲にあ
る。一般的に、焼結温度が約1000℃より低い場合には、
焼結は行なわれない。約1450℃より高い温度で行なわれ
る焼結は一般的に、複合体ボディを変形させるかもしく
は製造コストを増大させるので、一般には望ましくな
い。

【００３２】焼結時間は、温度、なまボディのサイズと
数、装置のデザイン、炉の雰囲気等のような要因に依存
する。また、Ｃ、Ｎが各々約１重量％以下の量で含ま
れ、Ｏが約３重量％以下の量で含まれるように焼結温度
を決定する。焼結時間は通常約２時間以上である。

【００３３】本発明の離型剤を継ぎ合わせる表面に使用
すると、分離表面で不連続なミクロ構造とはならずに、
それらの部品をきれいに分離できる。このことにより、
完成ボディ全体に亘る均質な特性が得られる。例えば、
焼結ボディのモノリシック構造のために、電気的連続性
が焼結ボディの全構造に亘って比較的均質となってい
る。金属ハニカムのいくつかは予熱器として用いられ、
その用途においては抵抗により加熱されるので、ボディ
に亘る電気的連続性は重要である。また、熱衝撃抵抗性
は、継ぎ合わせた片の間の不連続性により劣化しない。

【００３４】

【実施例】以下、図面に示す非限定実施例を参照して本
発明を詳細に説明する。以下に用いる部、部分、および
百分率は、別記しない限り重量に基づいて計算したもの
である。

【００３５】押出金属ハニカム構造物を焼成するには、
構造物を完成製品の品質に影響し得る条件から保護する
ことが必要である。製品と同一の組成で幾何学の薄く
（1/4”、または0.64ｃｍ）、平らで、ハニカムの構造
であり、通常「クッキー」と称される捨て部品により製
品を保護する。

【００３６】クッキーは、焼結される部品と炉床板との
間に配置され、焼結されているハニカム部品と炉床板と
の間の緩衝剤として機能する。緩衝剤としてのクッキー
がない場合には、収縮しない炉床板に対して部品が収縮
するので、ゆがみを生じ得る抵抗力（drag force）が部
品に与えられることになる。

【００３７】クッキーを部品の上面にも配置する。「ゲ
ッター（getter）」として作用させることにより、この
クッキーは、焼成中にハニカムを汚染し得る炉の気体不
純物から製品のハニカム構造物を保護するように機能す
る。酸化による汚染は、製品のハニカムを歪めさせ、そ
の酸化抵抗に悪影響を与える。

【００３８】両方の場合において（上面と底面）、クッ
キーは捨てるものであり、焼結工程が完了したら除去し
なければならない。金属ハニカムは焼結中に互いに結合
するので、クッキーを除去できるように、結合を防ぐ何
らかの対策をとらなければならない。結晶粒界結合によ
ってハニカム部品に損傷を与えることなくクッキーを除
去するために、ある種類の離型剤が要求される。微粉ア
ルミナ粉末とイソプロピルアルコールとの混合物がこの
機能を果たすことが分かった。

【００３９】以下の試験を行なって、細かいアルミナと
粗いアルミナの様々なアルミナとイソプロピルアルコー
ルとの比率が、２つの隣接部品の間の離型能力にどのよ
うに影響するかを測定した。

【００４０】（発明の実施例１）微粉アルミナ（アルコ
アＡ−16）粉末をイソプロピルアルコールと混合して表
１に記載したスラリーを調製した。以下のように各々の
スラリー（離型剤）を試験するために、アッセンブリを
作成した。硬化処理ゴム印刷ローラを用いて、スラリー
混合物をクッキーの解放セルラ（軸）面に塗布した。ク
ッキーは厚さで約5/16”（0.8 ｃｍ）のなまのハニカム
部品である。約１”（2.54ｃｍ）角のハニカム立方体
を、塗布したスラリーが２つの構造物の解放セルラ面の
間にあるように、スラリーを塗布したクッキーの上面に
配置した。第２のクッキーの一面にスラリーを塗布し、
スラリーが２つの構造物の間にあるように、１”（2.54
ｃｍ）ハニカムボディの上面に配置した。作成した積重
アッセンブリは、クッキー：離型剤：ハニカム部品：離
型剤：クッキーからなるものであった。各々のアッセン
ブリを、約1325℃のピーク温度までの様々な温度と時間
に関する傾斜と保持の焼結スケジュールを用いて、水素
中の標準設計の焼結炉中で焼成した。約1325℃の温度ま
で焼結した後、試験試料を評価した。

【００４１】観察および結果 塗布 ５：２のスラリーは濃厚すぎてうまく塗布できなかっ
た。５：３のスラリーは塗布が難しく、塗布表面上にア
ルミナの過剰なコーティングが残存した。５：４、１：
１、および１：５のスラリーは容易に塗布できた。

【００４２】焼結後の分離 ５：２のスラリーを塗布したどの部品も焼結しなかっ
た。５：３の比率のスラリーを塗布した部品はうまく分
離したが、被覆表面上には過剰のアルミナ残留物があっ
た。この過剰のアルミナはセルを塞ぎ、上面クッキーを
著く反らせ、それにより、下にあるハニカムを気体汚染
物に露出した。５：４、１：１、および１：５のスラリ
ー比率で塗布した部品はうまく分離した。アルミナ残留
物は、スラリー中のアルミナ：イソプロピルアルコール
（ＩＰＡ）の比率が減少するにつれ、減少したが、５：
４でさえアルミナ残留物は過剰なものではなかった。

【００４３】 表１ アルミナ：ＩＰＡ 粘度 分離 残留物 １：５ 薄い 良好 わずか １：１ 中間 良好 並 ５：４の比率より 少ない ５：４ 中間 良好 並 ５：３ 濃い 良好 過剰 ５：２ 非常に濃い −− −− （塗布できなかった） （発明の実施例２）Ａ−16アルミナを用いて試験を行な
った。アルミナを、アルミナ：ＩＰＡの４つの異なる比
率、１：10、１：7.5 、１：５、および１：１でＩＰＡ
と混合した。発明の実施例１の塗布方法にしたがって、
ＩＰＡ−アルミナスラリーを金属ハニカムに塗布した。

【００４４】なまの金属ハニカム部品の４つの積重体を
組み立てた。各々の積重体は３つの部品および上面と底
面のクッキーからなるものであった。各々の部品は、直
径で約8.9 ｃｍの円形の四分の一の部品であった。各々
の部品は高さが約1.3 ｃｍであった。各々のクッキーは
高さが約１ｃｍであった。全ての片（３つの部品および
上面と底面のクッキー）は、厚さ約0.15ｍｍのウェブを
有する約47セル／ｃｍ² （約300 セル／ｉｎ² ）のなま
セル寸法を有した。積重体の各々の片の１つの軸表面
に、全ての片がスラリーと接触するように、１つのＩＰ
Ａ：アルミナの比率のスラリーを塗布した。異なるスラ
リーを各々の積重体に用いた。発明の実施例１のような
標準方法にしたがって、焼成のために積重体を炉に入れ
た。焼結後、焼成ボディは、約0.13ｍｍ（約0.005 ”）
のウェブ厚の約68セル／ｃｍ² （約440 セル／ｉｎ² ）
を有した。積重体を炉から取り出して、離型剤の効果を
目視と部品の付着度により評価した。

【００４５】観察および結果 塗布 １：7.5 および１：10のスラリーは非常に薄く、スラリ
ーがスラリーパンからローラを通じてハニカムに移せる
ように、アルミナを懸濁状態にするためにしばしば撹拌
を必要とした。１：５および１：１のスラリーは容易に
塗布できた。

【００４６】焼結後の分離 １：10の比率のスラリーを塗布したものは上面のクッキ
ーのみが分離できた；積重体の残りは互いに結合してい
た。１：7.5 の比率のスラリーを塗布したものは上面の
クッキーと積重体の上側部品が分離できた；積重体の残
りは互いに結合していた。１：５と１：１の比率のスラ
リーを塗布したものは、積重体の全ての部品が分離でき
た。１：５の比率のスラリーは、１：１の比率のスラリ
ーよりも残留物が少なかった。１：１の比率のスラリー
には、上面クッキーの著しい変形はなく、残留物も過剰
ではなかった。

【００４７】スラリーを積重体の部品に塗布することに
よる、配合比率の異なるスラリーの相対効果は、一部に
は積重された部品の高さおよび／またはウェブ厚に依存
することが示される。部品の高さとウェブ厚の両者は質
量を増加させることとなる。質量が重くなるにつれ、必
要とされるアルミナ：ＩＰＡの比率が高くなる。

【００４８】 表２ アルミナ：ＩＰＡ 粘度 分離 残留物 １：10 非常に薄い 上面のクッキーのみ 非常にわずか わずかに粘着性 １：7.5 薄い 上面のクッキー 非常にわずか 上側の片 １：５ 薄い 全片 わずか １：１ 中間 全片 並 （比較実施例）約５マイクロメータのメジアン粒径、並
びに90％の粒子が≦18.2μｍ、50％が≦5.3 μｍ、およ
び10％が≦3.1 μｍである、セジグラフにより測定した
粒径分布を有する比較的粗いアルミナである、アルカン
からのＣ−7.1 アルミナを用いたことを除いて、発明の
実施例２の方法にしたがって試験を行なった。このアル
ミナを、４つの異なるアルミナ：ＩＰＡの比率、１：1
0、１：５、１：１、および５：３でＩＰＡと混合し
た。

【００４９】観察および結果 塗布 １：10と１：５の混合物は塗布するのが非常に難しかっ
た。１：１と５：３の混合物は部品にうまくは付着せ
ず、均一に塗布するのが非常に難しかった。

【００５０】焼結後の分離 １：10と１：５のスラリーは離型剤として機能しなかっ
た。これらのスラリーを塗布した積重体の部品は、焼結
後に完全に結合した。１：１と５：３の比率のスラリー
の両者は、焼成部品上に著しくアルミナ残留物を残し
た。この残留物は被覆した面のセルを塞いだ。積重体の
上面のクッキーは、アルミナコーティングの作用により
上方に反った。これらの影響は１：１と５：３の両者に
見られたが、後者においてより著しかった。離型剤とし
ての機能に関しては、１：１の比率のスラリーは、積重
体の上側部品が付着するのを防いだ。しかしながら、積
重体の下側部品の底面は、底面のクッキーの上面に結合
した。５：３の比率のスラリーを塗布した積重体の全て
の部品は容易に分離したが、全ての表面のセルは、過剰
のアルミナにより塞がれた。１：１の比率のスラリーに
ついては、上面のクッキーが反り、セルが塗布表面で塞
がれたけれども、両方とも過剰のスラリー塗布のためで
あり、積重体の下側の部品は底面のクッキーに結合し、
このスラリーは離型剤としての効果が不十分であること
を示した。これらの試験により、粗いアルミナとＩＰＡ
のスラリーは、本発明の金属ハニカムのための効果的な
離型剤ではないことが示される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 レズリー ユージーン ハンプトン アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14830 コーニング ホーンビー ロード 378 (72)発明者 デヴィッド サーロ ワイス アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14830 コーニング ディリヴァン アヴェニュ ー 171

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 焼結金属部品を製造する方法であって、 ａ） 複数のなまの金属部品を用意し、 ｂ） 該複数の金属部品のうちの少なくとも２つにおけ
   る接触表面に離型剤を塗布し、前記複数の金属部品をア
   ッセンブリとし、前記離型剤はアルミナと大気圧で約10
   0 ℃未満の気化温度を有するビヒクルとの混合物である
   と共に、前記アルミナおよび前記なまの金属部品とは非
   反応性であり、ここで接触表面を有する前記金属部品の
   少なくとも１つがハニカム構造である場合、アルミナの
   メジアン粒径が約３マイクロメータ以下であり、 ｃ） 前記アッセンブリを焼結し、 ｄ） 前記離型剤と接触している前記金属部品を分離す
   る各工程からなることを特徴とする方法。
2. 【請求項２】 接触表面を有する前記金属部品の少なく
   とも１つがハニカム構造であることを特徴とする請求項
   １記載の方法。
3. 【請求項３】 前記ビヒクルが、アルカン、アルケン、
   アルキン、アルコール、アミン、芳香族、エステル、ケ
   トン、ハロゲン化化合物、およびそれらの組合せからな
   る群より選択されるものであることを特徴とする請求項
   １記載の方法。
4. 【請求項４】 前記ビヒクルが１つ以上のアルコールで
   あることを特徴とする請求項３記載の方法。
5. 【請求項５】 前記アルコールが、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、イソプロピル
   アルコール、第３ブチルアルコール、およびそれらの組
   合せからなる群より選択されるものであることを特徴と
   する請求項４記載の方法。
6. 【請求項６】 前記金属部品が、１つ以上の鉄族金属、
   およびアルミニウムを含むことを特徴とする請求項１記
   載の方法。
7. 【請求項７】 前記鉄族金属が鉄であることを特徴とす
   る請求項６記載の方法。
8. 【請求項８】 前記金属部品がＦｅ、Ａｌ、およびＣｒ
   からなることを特徴とする請求項６記載の方法。