JPH10273702A - 金属粉末焼結体の製造方法及び金属粉末焼結体 - Google Patents

金属粉末焼結体の製造方法及び金属粉末焼結体

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JPH10273702A
JPH10273702A JP7720297A JP7720297A JPH10273702A JP H10273702 A JPH10273702 A JP H10273702A JP 7720297 A JP7720297 A JP 7720297A JP 7720297 A JP7720297 A JP 7720297A JP H10273702 A JPH10273702 A JP H10273702A
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JP
Japan
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sintering
degreasing
sintered body
metal powder
ceramic powder
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JP7720297A
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English (en)
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Takuya Kodama
卓弥 児玉
Hiroshi Yamaguchi
博史 山口
Shoji Yamamoto
昇司 山本
Jun Inahashi
潤 稲橋
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Olympus Corp
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Olympus Optical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 脱脂後の焼結処理の際の変形をなくし、矯正
等の後工程の処理を不要とする。 【解決手段】 コンパウンドを所望形状に射出成形して
得たグリーンパーツ1を脱脂および焼結処理用の箱体2
内に充填したメッシュ#120以上のセラミックス粉末
3中に埋設し、設置して脱脂および焼結する。メッシュ
#120以上では、セラミックス粉末が凝集しないた
め、成形体を良好に保持でき、変形することがなくな
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は金属粉末焼結体の製
造方法及び金属粉末焼結体に関する。
【0002】
【従来の技術】加工が複雑であり、量産性が伴わない様
な形状の金属部品を製造する場合、金属粉末と有機バイ
ンダーとの混練物からなるコンパウンドを射出成形によ
り所望の形状に成形した後、これを脱脂、焼結して所望
の金属部品を得る金属粉末射出成形方法(Metal
Injection Molding:以下MIM)が
行われている。この方法では、所望の複雑形状が射出成
形で形成されても、脱脂や焼結時に重力の影響等を受け
て変形することがある。
【0003】このため、特開昭59−229403号公
報では、コンパウンド中の有機バインダーに変形しにく
い改良を加えることにより、変形が起こりにくい有機バ
インダーを使用することが記載されている。一方、焼結
治具に設置可能な置き端面が存在しない様な形状の製品
や焼結治具上に単に設置しただけでは脱脂時や焼結時に
変形が生じる様な形状の製品の場合には、変形を抑える
ためにセラミックス粉末の敷粉を使用して脱脂、焼結を
行う方法も粉末冶金分野で行われている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、有機バ
インダーを改良する方法では変形に対しての効果があっ
ても、成形性が低下し、これにより変形防止以前に所望
形状のグリーンパーツが得られないことがある。又、セ
ラミックスの敷粉を製品の設置に用いる場合は、使用す
るセラミックスの種類によって、焼結時に融点降下が生
じて製品に溶けが発生するばかりでなく、却って製品の
焼結収縮を阻害して、変形を誘発している。さらに、こ
れらのそれぞれの方法においては、ある程度の変形に対
する改善が可能であっても、完全に変形を防止すること
が不可能のため、結局はサイジング等による矯正が必要
になり、工程が複雑化して、製品のコストアップにつな
がると共に、矯正により金属組織に歪みが生じて機械的
強度や耐蝕性が低下する問題を有している。
【0005】本発明は、これらの問題点に鑑みてなされ
た発明であり、変形を完全に防止して、矯正等の工程を
必要とせず、機械的強度や耐蝕性が低下することがな
く、低コストの金属粉末焼結体の製造方法及び金属粉末
と焼結体を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の上記目的を達成
するため、請求項1の発明の製造方法は、金属粉末と有
機バインダーの混練物からなる成形材料を所望の形状に
射出成形しグリーンパーツとする射出成形工程と、グリ
ーンパーツを脱脂してブラウンパーツとする脱脂工程
と、ブラウンパーツを焼結する焼結工程とからなる金属
粉末焼結体の製造方法において、前記射出成形工程によ
り得られたグリーンパーツをメッシュ#120以上のセ
ラミックス粉末中に埋設して前記脱脂工程及び焼結工程
を行うことを特徴とする。
【0007】また、請求項2の発明は、請求項1の発明
のグリーンパーツの脱脂工程およびブラウンパーツの焼
結工程に使用するセラミックス粉末がアルミナあるいは
ジルコニアであることを特徴とする。さらに、請求項3
の発明の金属粉末焼結体は、以上の請求項1または2の
発明によって製造されたことを特徴とする。
【0008】上記請求項1乃至3の発明の各手段では、
射出成形工程により得られたグリーンパーツの脱脂工程
と脱脂工程後のブラウンパーツの焼結工程の両工程にお
いて、それぞれのパーツを埋設する際のセラミックス粉
末としては、主にアルミナ、ジルコニア、ボロンナイト
ライドを選択できる。しかし、アルミナ、ジルコニア
は、その粒径により自己凝集作用があり、また、ボロン
ナイトライドには融点降下の作用がある。従って、これ
らの様なセラミックス粉末を使用して脱脂・焼結した場
合、変形が生じるのは、殆どは焼結工程により発生する
変形である。すなわち、変形はセラミックス粉末の自己
凝集による焼結収縮の阻害や融点降下による溶けで起こ
る変形である。
【0009】特にボロンナイトライドを使用した際の融
点降下による溶け防止のためには、焼結温度を低く設定
する必要があるが、この方法では所望の焼結体密度を得
ることが出来ない。従って、所望の焼結体密度を得るた
めには、ボロンナイトライドは不適であり、アルミナ、
ジルコニアを使用することが好ましい。このアルミナ、
ジルコニアにおける自己凝集を防止するためには、使用
する粒径についての配慮が必要である。かかるアルミナ
及びジルコニア粉末が、自己凝集を起こさず製品の焼結
収縮を阻害しない粒径については、以下の実験によって
知ることができる。
【0010】まず、図6に示すように、金属粉末と有機
バインダーの混練物から成る成形材料(コンパウンド)
を所望の形状に射出成形して得た断面H形状の成形体
(グリーンパーツ)20を脱脂及び焼結処理用の箱体2
1内に、アルミナもしくはジルコニアからなるセラミッ
クス粉末22中に埋設し、加熱することにより脱脂及び
焼結を行う。脱脂においては製品の収縮は殆ど見られな
いため、図6に示すようにセラミックス粉末の支持によ
り成形体20は変形しない。
【0011】しかし、焼結の際には、セラミックス粉2
2が凝集して固まってしまうため、焼結収縮を阻害して
図7に示す如く、前記脱脂後の脱脂体(ブラウンパー
ツ)23に変形が生じる。これは、図8に示す様に成形
体24をアルミナ若しくはジルコニアからなるセラミッ
クス粉末22中に埋設して脱脂・焼結を行う場合、焼結
時にセラミックス粉末22が凝集固化すると共に成形体
24自体も収縮することがあり、これにより成形体24
とセラミックス粉末22との間に、二点鎖線で示すよう
なクリアランス25が徐々に発生する。このクリアラン
ス25に倣って焼結変形が生じるためである。
【0012】この焼結時の変形を防止するため、本発明
がセラミックス粉末の凝縮固化とセラミックス粉末の粒
径とについて数多くの実験と考察とを繰り返した結果、
アルミナ若しくはジルコニア粉末からなるセラミックス
粉末をメッシュ#120以上とした場合に、これらが自
己凝集を起こさないことを見い出した。そして、このよ
うに自己凝集を起こさないことにより、通常の鉄系材料
やステンレス材の焼結条件下では、その工程が終了した
後でも焼結前の状態を保つことが可能である。この作用
により、図6あるいは図8に示した様な方法で脱脂・焼
結を行っても、セラミックス粉末22が固まらないた
め、焼結収縮を阻害することもなく、又、焼結収縮に伴
い発生するクリアランス25にも、セラミックス粉末2
2が流動してクリアランス25を埋めるため、焼結変形
を起こすことがなくなる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
と共に具体的に説明する。
【0014】(実施の形態1)平均粒径8μmのSUS
316L水アトマイズ粉末100重量部に対して、ワッ
クス・ポリスチレン(PS)、アクリル(PMMA)、
エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)を主成分とし
た有機バインダー11重量部を混練したコンパウンドに
て、図1に示した様な薄肉パイプ形状のグリーンパーツ
1を射出成形した。このグリーンパーツ1を脱脂及び焼
結処理用の箱体2に充填したメッシュ#120のアルミ
ナ粉末3中に埋設し、350℃を最高到達温度として脱
脂を行ったのち、さらにこの脱脂後のブラウンパーツを
アルミナ粉末3に埋設したままで、真空下における13
20℃で焼結を行った。この後、焼結体を箱体2のアル
ミナ粉末3中より取り出し、ソリ量などの変形を測定し
た所、ソリは0.005ミリ、パイプ内外径の最大及び
最小値の差は0.003ミリと真円度に近く、殆ど変形
していなかった。
【0015】(実施の形態2)平均粒径5μmのSUS
316Lガスアトマイズ粉末100重量部に対して、ワ
ックス・ポリスチレン(PS)、アクリル(PMM
A)、ポリプロピレン(PP)を主成分とした有機バイ
ンダー7重量部を混練したコンパウンドを射出成形する
ことにより、図2に示す四角形の筒体5の下部にツバ部
6を突設した形状のグリーンパーツ10を成形した。そ
して、このグリーンパーツ10を実施の形態1と同様の
箱体(図示しない)内に充填したメッシュ#100のア
ルミナ粉末中に埋設し、350℃を最高到達温度として
脱脂を行った後、真空下における12380℃で焼結を
行った。この後、焼結体を箱体のアルミナ粉末中より取
り出し、ソリ量など変形を測定した結果、ソリは0.0
05ミリ、箱体5の各側壁5a,5b,5c,5dの変
形(ソリ)は最大で0.002ミリ、ツバ部6の各平面
板6a,6b,6c,6dの高低の最大値は0.004
ミリと殆ど変形していなかった。
【0016】(実施の形態3)平均粒径8μmの17−
4PH水アトマイズ粉末100重量部に対して、ワック
ス・ポリスチレン(PS)、アクリル(PMMA)、エ
チレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)、ポリプロピレ
ン(PP)を主成分とした有機バインダー9.5重量部
とを混練したコンパウンドを射出成形し、図1と同様な
薄肉パイプ形状のグリーンパーツを成形した。このグリ
ーンパーツを実施の形態1と同様に箱体2内に充填した
メッシュ#80のジルコニア粉末中に埋設し、320℃
を最高到達温度として脱脂を行ったのち、真空下におけ
る1320℃で焼結を行った。そして、焼結体をアルミ
ナ粉末中より取り出し、更にこれに固溶化熱処理、析出
硬化熱処理を施した後、ソリ量など変形を測定した。ソ
リは0.004ミリ、パイプ内外径の最大及び最小値の
差は0.003ミリと真円度に近く、変形はみられなか
った。
【0017】(比較例1)実施の形態1のグリーンパー
ツ1を図3に示した様に焼結治具としての箱体内26に
設置するだけで、セラミックス粉末に埋設することな
く、実施の形態1と同条件で脱脂・焼結を行ったが、得
られた焼結体11は図4に示した様に変形しており、変
形量を測定するまでもなかった。又、図5の様に箱体2
6内に横長にして設置して、同様に処理した場合、ソリ
量としては実施の形態1の方法と同レベルであったが、
パイプ断面が楕円形状に変形した。
【0018】(比較例2)実施の形態2のグリーンパー
ツ10を箱体(図示しない)内に充填したメッシュ#1
80のアルミナ粉末中に埋設し、実施の形態2と同条件
で脱脂・焼結を行った。焼結では、アルミナ粉末が凝集
し、アルミナ粉末と焼結体との間に発生したクリアラン
スに相当した0.35ミリのソリが発生した。
【0019】(比較例3)実施の形態2のグリーンパー
ツ10を比較例1と同様に、箱体26内に立てて設置
し、実施の形態2と同条件て脱脂・焼結を行った。その
結果、箱体5の各側壁5a,5b,5c,5dに0.5
ミリ程度のソリが発生すると共に、ツバ部6の各平板部
6a,6b,6c,6dに1ミリ程度のダレが発生し
た。
【0020】(比較例4)実施の形態3のグリーンパー
ツを箱体2内に充填したメッシュ#150のジルコニア
粉末中に埋設し、実施の形態3と同条件で脱脂・焼結及
び、その後の熱処理を行った。その結果、凝集したジル
コニア粉末と焼結体との間に焼結収縮時に発生したクリ
アランスに相当する0.3ミリのソリが発生した。
【0021】以上の実施の形態1〜3にて得られた金属
粉末焼結体と比較例1〜4で得られた金属粉末焼結体の
内、サイジング等の矯正が可能な変形レベルのものを矯
正して、これらの機械的強度(引張試験)、酸による耐
蝕試験を行った。引張試験では、サイジングを施した比
較例1〜4の製品は本実施の形態1〜3により得られた
製品に対して約5%の強度低下があり、又、耐蝕試験に
おいては、サイジングを施した比較例1〜4の製品の方
が明らかに腐食範囲が広く、特に矯正した部分に集中し
て発生していた。
【0022】
【発明の効果】請求項1の発明の製造方法によれば、焼
結工程での変形を防止することができると共に、サイジ
ング等の矯正も不要となり、しかも機械的強度、耐蝕性
に優れた金属粉末焼結体を製造することができる。
【0023】請求項2の発明によれば、セラミックス粉
末の自己凝集を確実に防止できるため、さらに精度の高
い金属粉末焼結体を製造することができる。請求項3の
発明によれば、変形がないと共に、機械的強度及び耐蝕
性に優れた金属粉末焼結体とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態1による脱脂および焼結工程の断面
図である。
【図2】実施の形態2のグリーンパーツの斜視図であ
る。
【図3】比較例の1脱脂および焼結工程の断面図であ
る。
【図4】変形を示す断面図である。
【図5】比較例の1の別の脱脂および焼結工程を示す断
面図である。
【図6】脱脂および焼結方法の一例の断面図である。
【図7】焼結体の変形を示す説明図である。
【図8】焼結体の変形を示す断面図である。
【符号の説明】
1,10 グリーンパーツ 2,26 脱脂および焼結処理用箱体 3 セラミックス粉末 11 焼結体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 稲橋 潤 東京都谷区幡ヶ谷2丁目43番2号 オリン パス光学工業株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属粉末と有機バインダーの混練物から
    なる成形材料を所望の形状に射出成形しグリーンパーツ
    とする射出成形工程と、グリーンパーツを脱脂してブラ
    ウンパーツとする脱脂工程と、ブラウンパーツを焼結す
    る焼結工程とからなる金属粉末焼結体の製造方法におい
    て、 前記射出成形工程により得られたグリーンパーツをメッ
    シュ#120以上のセラミックス粉末中に埋設して前記
    脱脂工程及び焼結工程を行うことを特徴とする金属粉末
    焼結体の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記セラミックス粉末がアルミナ、ジル
    コニアであることを特徴とする請求項1記載の金属粉末
    焼結体の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記請求項1又は2記載の金属粉末焼結
    体の製造方法により製造されたことを特徴とする金属粉
    末焼結体。
JP7720297A 1997-03-28 1997-03-28 金属粉末焼結体の製造方法及び金属粉末焼結体 Withdrawn JPH10273702A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001021347A1 (en) * 1999-09-23 2001-03-29 Rockwell Science Center, Llc Direct metal fabrication of parts
CN105935768A (zh) * 2016-06-30 2016-09-14 中铝广西有色金源稀土有限公司 一种烧结钕铁硼敞开式烧结料盒及其使用方法
CN115320099A (zh) * 2022-07-28 2022-11-11 共享智能装备有限公司 一种铺粉装置及3d打印设备

Cited By (4)

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