JPS581074B2 - ネツカンセイスイアツセイケイホウ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は不活性ガスを使用した熱間静水圧成型法の改良
に関わるものであり、金属、合金或いはセラミック等の
粉末から、不純物の少ない、高密度且つ均一微細な組織
を有する焼結体を能率良く安価に製造する方法に関する
ものである。

近年Ａｒ又はＮ２等のガスを使用した熱間静水圧成型設
備が開発され、又実用に供されている。

この設備を用いては、既に開放気孔の存在しない高密度
の焼結体に高温且つ高圧のガスを加える事により焼結体
に残留する閉気孔を縮小或いは消滅させる目的で使用す
る方法、或いは粉末を金属或いはガラス等の容器に１気
圧もしくはそれ以下の減圧状態に封入したる後、これを
高温高圧ガス中で加圧焼成させる方法が採られている。

しかしながら前者の方法では既焼結体の組織（例えば結
晶粒度、組織の均一さ等）を熱間静水圧成型によって改
善させる事が殆んど不可能であり、従って既焼結体の特
性を大巾に改善する事は期待出来ない短所があり、又後
者の方法では原料粉末に吸着している水分や、原料粉末
が金属又は合金の場合はそれによって生じるであろう所
の金属酸化物等の不純物、或いは原料粉末の混合、粉砕
、造粒等の工程中に混入又は添加された残留有機物等を
、金属或いはガラス等で出来た容器に原料粉末を密閉す
る工程の前後で充分に除去する必要がある事、更には密
閉容器の作成が製造工程に含まれる事の故に製造コスト
が高価となる欠点を有している。

本発明は製造コストが安く、しかも高密度且つ組織の微
細均一な秀れた特性を有する焼成体の製造方法を提供す
るものである。

即ち本発明法では金属，合金或いはセラミック材料等の
粉末を一旦成型し、この成型体のまま，或いはこの成型
体を真空中で予備焼結した通気性のある焼結体（以下予
備焼結体と呼ぶ）をガラス又はガラス質粉末で蔽った状
態で真空中で昇温しガラス又はガラス質材料の軟化温度
域にて加熱保持する事により上記成型体或いは予備焼結
体を真空封入（又は減圧下封入）する事を前提とする。

ガラス及びその他ガラス状物質は、以後に続く熱間静水
圧成型による緊密化温度で１０８ｐｏｉｓｅを超えず１
０３ｐｏｉｓｅ以上の粘度を有する材質で，しかも緊密
化温度より低温域即ち真空封入（又は減圧下封入）温度
域で軟化し成型体或いは予備焼結体を外気より完全に遮
断するに充分な粘度を有する材質を選択する必要がある
。

ガラス粉末（その他ガラス状物質から成る粉末を含むは
真空中（又は減圧下）で飛散が著しくない程度の粒度を
有するものを選ぶ事が望ましい。

この粒度は実用上数１０μ〜数ｍｍが適当である。

製造上の具体例としては第１図Ａ又はＢに示す様な金属
、ガラス或いはセラミック等で出来た容器１に、ガラス
粉末２に埋め込む様に、上記成型体或いは予備焼結体３
を装填する方法を採用する。

容器１は気密質でも良いが、ガラス粉末が流出しない程
度の通気性を有するものであれば、通気性のあるものの
方が望ましい。

又容器１とガラス粉末２の接触、固着を避ける必要があ
れば、第１図Ｃに示す様に両者と反応性の少ない粉末４
を両者の間に介在させれば良い。

成型体或いは予備焼結体は通気性を有する為ガラス（以
下ガラス質材料を含めてガラスと総称する）の粘性、及
び上記成型体或いは予備焼結体の気孔の大きさとの兼ね
あいによって、ガラスが軟化する温度域で、ガラスが気
孔への浸透の心配のある場合は、上記被処理体とガラス
の間に、被処理体とガラスとの反応性が少なく、且つ真
空封入の為にガラスの軟化温度に加熱された状態に於で
互に焼結し合わない粉末（例えばＢＮ粉末）４を被処理
体とガラスの間に第２図Ａ又はＢに示す様に介在させた
状態で充填する方法を採用する。

こうした被処理体を真空中で加熱する。

被処理体及びそれを蔽うガラス粉末或いは被処理体とガ
ラス粉末の間に介在させた粉末は通気性がある為に、ガ
ラス粉末の軟化温度以下の温度範囲での真空加熱により
、被処理体より発生するガス（吸着水分，金属粉末表面
の酸化物、その他不純物から発生するガス）が排気除去
される。

例えば酸化され易い金属粉末を用いて、被処理体を作成
する場合は、金属粉末にカーボンを適量加え、混合粉末
としこれを成型した状態で被処理体とすると、金属粉末
表面の金属酸化物とカーボンが反応し、ＣＯ又はＣＯ２
ガスを発生し金属酸化物の還元が進行する事により被処
理体の焼結性が向上するが、本発明法を用いれば、この
様な還元反応により生ずるガスはガラス粉末を蔽った金
属粉末成型体である被処理体のガラス粉末の軟化温度を
上限とする真空中での加熱保持により効果的に排除され
る。

こうして被処理体より発生するガスを充分排気除去した
る後、ガラス粉末が軟化する温度域迄昇温し、ガラス粉
末が互に軟化焼結し、被処理体或いはガラス粉末と被処
理体の間に介在する粉末で蔽われた被処理体を密閉する
様に蔽わせる。

こうしてガラスで密閉された被処理体を、ガラスと反応
性の低い高温ガス中で静水圧状態で加圧焼成を行う。

適当に条件を設定した熱間静水圧成型後、被覆ガラスを
除去する事により高密度化した被処理体、即ち金属又は
セラミック焼結体が得られる。

なお、真空中での加熱処理並びに高温高圧ガス下での熱
間静水圧成型を同じ装置内で行えば連続化が可能となる
。

以下実施例を示し本発明法による具体例について述べる
。

実施例 １ 重量比率で夫々ＣＯ．５％，Ｃｒ１２％、Ｗ１０係、Ｔ
ａ２％Ｃｏ２５．５％、Ｃ ｒ ７ Ｃ３ ３ ０％、
及び（ＣｒＯ．３５、Ｗ０．１２ ＣＯ０．５３ ）ｅ
Ｃ ２ ０ ％となる様に配合した混合粉末をアセト
ンを溶媒とし超硬ボールを使用して約４時間アトライタ
ーで湿式混砕し、３２５ｍｅｓｈ以下の粉末が９９重量
係以上の微粒混合粉末を得た。

この混合粉末を乾燥後約２重量％のカンファーを溶かし
たメチレン・クロライドと混合し静水圧成型装置中２ｔ
／ｃｍ２の静水圧下でラバープレスし成型体を得た。

この成型体を第１図Ａに示す通りの方法でパイレツクス
・ガラス粉末（平均粒度２５０μ）をガラス粉末２とし
て用ぽい、この全体を１０−３〜１０−４ｍｍＨｇの高
真空中で脱ガスしながら昇温し、１１００℃×１ｈｒ保
持した。

その後容器全体を真空炉より取り出した所、成型体はガ
ラスによって密閉被覆されている事が確認された。

次いでこの全体を熱間静水圧成．型装置内に入れ１１５
０℃Ｘ１／２ｈｒ、１８０００ａｔｍの高温高圧Ａｒガ
スを圧力媒体として上記成型体を圧縮化した。

処理後の成型体をガラス被覆から取り出した所、理論密
度の９９％以上に焼結して居り、分散相としての複炭化
物相は１〜２μの大きさで、又均一に分散していた。

焼結体の硬度はＨＲＣ＝６ ３．２、抗折力は２６０ｋ
ｇ／ｍｍ２であり、市販ステライト合金Ｎｏ１に比べて
優れた特性を示している。

実施例２ 重量比率でＣＩ．５％、ｃｒ４．０％、Ｖ４．０％、Ｗ
１１．４％、Ｍｏ４．０％、Ｃｏ１０．０％、残りＦｅ
から成る組成のアトマイズ粉末（１００〜２００ｍｅｓ
ｎ）１００重量部にカーボン粉末を０．５重量部を混合
した粉末にカンファーを約２重量％加え．常温で型押圧
２ｔ／ｃｍ２を加え成型体を得た。

この成型体を第３図に示す様にガラス粉末で蔽い、コラ
ンダム容器に装填した。

ガラス粉末としてはＳｉＯ２８０％及びＢ２Ｏ３２０％
から成る組成の平均粒度約１００μの硼珪酸ガラスを用
いた。

次いでこの全体を１０−２〜１０−３ｍｍＨｇの真空中
で１０００℃×１／２ｈｒ加熱保持した後更に昇温し１
１００℃×１／２ｈｒ加熱保持しガラス粉末の軟化焼結
を生ぜしめ、上記成型体を密閉被覆させた。

次いで、この全体を炉から取り出し熱間静水圧成型装置
内に入れＡｒガスを圧力媒体とし１２００℃Ｘ１ｈｒ２
０００気圧の静水圧下で焼成した。

熱間静水圧成型後、ガラス被膜を除去し焼結体を取り出
した所理論密度の９９．５％の高密度で且つ１〜２μの
平均粒径の微細複炭化物が均一に分散した組織を有する
高速度鋼の焼結体が得られた。

この焼結体を８８０℃×１ｈｒ保持後炉冷した後、１２
００℃×５分間オーステナイト化し油焼入れを行い、更
に５６０℃×１ｈｒ×１ｈｒ焼戻しする事により硬度Ｈ
ＲＯ＝ ６ ９． ３抗折力３５０ｋｇ／ｍｍ２の特性
を有する高速度鋼が得られた。

実施例３ 平均粒径０．３μのα・Ａｌ２Ｏ３粉末７０重量部と平
均粒径１５μのＴｉＣ粉末２９重量部とＭｇＯ粉末１重
量部を、アルコールを溶媒として高純度アルミナ・ポッ
ト中で、アルミナ・ボールにより約２日間混砕した。

この混合粉末を乾燥後、カンファ−２重量％を混じ、６
０φ×１０ｍｍの円板状に型押圧１ｔ／ｃｍ２で機械プ
レスし、更にこれを静水圧成型装置中で３ｔ／ｃｍ２の
静水圧下でラバープレスした。

この成型体を第２図Ｂに示す様に通気性コランダム容器
１に装填した。

成型体３とガラス粉末２の間、及びガラス坩堝２′とコ
ランダム容器１の間に純度９９％、平均粒径１μのＢＮ
粉末を入れ、ガラス粉末２としてはＳ ｉ Ｏ２ ８８
％、Ｂ２０３１２％の硼珪酸ガラス粉末を（平均粒度１
００μ）、ガラス坩堝２′には石英ガラスを用いた。

次いでこの全体を真空中で加熱し充分に脱ガスしつつ、
１３００℃×１／２ｈｒ保持し、炉冷した後、この全体
を炉より取り出した。

上記成型体は硼珪酸ガラスにより密閉被覆されていた。

次いでこの全体を熱間静水圧成型装置に入れて、１３９
０℃×４５分間、２０００ａｔｍの高温高圧Ａｒガス中
にて加圧焼成した。

処理後、ガラス被覆を除去し取り出した上記成型体は理
論密度の９９．６％に焼結して居り、×線で調べた結果
アルミナ結晶の配向も生じて居なかった。

この焼結体から４．Ｏ Ｘ ３．５ Ｘ １ ３ｍｍの
抗折片を切り出して抗折力を測定した結果１３０ｋｇ／
ｍｍ２の強度を示した。

実施例４ 平均粒径０．３μのα・Ａ２ ０ ３粉末９９．４重量
部とＭｇＯ粉末０．５重量部及びＹ２０３粉末０．１重
量部からなる混合粉末に混合粉末重量の１０重量パーセ
ントに相当する懸濁状ワックス（固形分−４５重量パー
セント）を加え、この全体を蒸溜水を溶媒として高純度
アルミナの内張りをした振動ボールミル中で高純度アル
ミナ・ボールを用いて４日間湿式混砕を行った。

こうして得た混合粉末を乾燥した後１００φ×２０ｍｍ
の円板状に型押圧１ｔ／ｃｍ２で機械プレスした。

この成型体を一旦１０００℃で約１／２ｈｒ保持し、ワ
ックスを昇華除去したる後、実施例３と同様の方法で上
記成型体を通気性コランダム容器に装填し次いでこの全
体を熱間静水圧成型装置に入れ、真空中で脱ガスしなが
ら１３００℃×１／２ｈｒ保持した後、徐々にＡｒガス
を入れて１４００℃×３０分間、２０００ａｔｍの高温
高圧Ａｒガス中にて加圧焼成した。

焼成後、ガラスで被覆された上記成型体を取り出し比重
を測定した結果理論密度の９９．２％に焼結して居り、
又結晶粒度は平均粒度で０．９μの均一微細な組織を有
するアルミナ焼結体となって居た。

この焼結体から４．０ Ｘ ３．５ Ｘ １ ３ｍｍの
抗折片を切り出して抗折力を測定した結果１ ０ ５ｋ
ｇ／ｍｍ２の強度を示した。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明方法の実施例を説明するもので、第１図Ａ
，Ｂ，Ｃ、第２図Ａ，Ｂ、第３図は何れも本発明方法に
おける成型体の加熱に除する包被状態を示す縦断面図で
ある。 図中１は通気性コランダム坩堝等の容器、２は硼珪酸ガ
ラス等のガラス質粉末、２′は２と同質材よりなるガラ
ス容器、３は高速度鋼圧粉体等の成型体、４はＢＮ粉末
、５はＳｉＯ２粉末を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 金属、合金或いはセラミック等の粉末を一旦成型し
   、この成型体をガラス又はガラス質の粉末で蔽った状態
   で、金属、セラミック或いはガラスで出来た容器に装填
   し、この全体を真空中又は減圧下で加熱しながら、上記
   成型体に存在する吸着水分、有機物及びその他不純物に
   より生ずるガスを排気し、これ等不純物を充分除去した
   後、ガラス又はガラス質粉末の軟化を生ぜしめ、上記成
   型体をガラス又はガラス質材料で真空密封し、次いでこ
   の全体を熱間静水圧装置内で高温加圧焼成する事を特徴
   とする金属、合金或いはセラミック等の粉末の熱間静水
   圧成型法。 ２ 特許請求範囲１に記載の製造方法に於で、常温で成
   型した成型体を一旦真空中又は減圧下乃至は還元性雰囲
   気中で加熱保持し、通気性を有する予備焼結体を得、こ
   の予備焼結体をガラス又はガラス質粉末で蔽った状態で
   金属、セラミック或いはガラスで出来た容器に装填し、
   以下１と同様の方法によって最終焼結体を得る事を特徴
   とする金属、合成或いはセラミック等の粉末の熱間静水
   圧成型法。 ３ 特許請求範囲１に記載の製造方法に於で、真空加熱
   とそれに続く熱間静水圧成型を同じ装置内で連続的に行
   って得る金属、合金或いはセラミック粉末の熱間静水圧
   成型法。 ４ 特許請求範囲１に記載の製造方法に於で、成型体と
   ガラス又はガラス質粉末の間に、成型体とガラス又はガ
   ラス質粉末との反応が、熱間静水圧成型時の温度域で無
   視出来る程度に少なく、且つ真空封入時に互いに焼結に
   より塊状化し難い粉末を介在せしめた状態で、この全体
   を金属、セラミック或いはガラスで出来た容器に装填し
   、以下１と同様の方法で最終焼結体を得る事を特徴とす
   る熱間静水圧成型法。