JPS59152272A - アイソスタテイツクプレスによる粉末物体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は粉末材料からなる目的物を、その粉末材料から
予かしめ形成された物体をアイソスタティック（１ｓｏ
ｓｔａｔｉｃ　）なプレスにかけることにより製造する
方法に関する。

予かじめ形成された粉末物体を、焼結生成物に希望の密
度を与えるため焼結温度でアイソスタティックプレスに
かける時、その物体を、プレス中にそれに関して用いら
れた圧力媒体、通常ガスが粉末物体中に浸入しないよう
にできるケース中に包む。そのケース及びその内容物は
、通常密封する前の成る処理段階中望ましくないガスが
除去される。ケースを形成する種々の方法が知られてい
る。既知の一つの方法によれば、予かしめ成形したガラ
スのカプセルをケースとして用いる。他の既知の方法に
よれば、予かじめ形成した粉末物体をがラス粒子懸濁物
中に浸漬するか他の方法でそのようなガラス粒子の層で
取り巻き、次いで真空中核粒子が該物体の周りに緻密な
ケースを形成するような温度に加熱することによりその
場でケースを製造する。恐らく異なった溶融点をもつ二
種類のそのようなガラス層が用いられる。特願昭５４−
１６２８７０号には、ガラス溶融物の形に緻密なケース
を製造する方法が記載されており、それによればガラス
粒子配合物中に埋込んだ予かしめ形成した粉末物体を耐
熱性容器中に入れ、その配合物を溶融物へ変え、アイソ
スタティックプレスを行うのに必要な圧力をガスによっ
て溶融物に加える時、その表面下に前記予かじめ形成し
た物体が位置するようにする。

上述の特願昭５４−１６２８７０号には、窒化珪素の予
かじめ形成した物体のためのケースを得るために適した
材料として酸化硼素含有ガラスが言及されている。なぜ
ならそのようなガラスを用いると、容器ガラスが窒化珪
素の予かじめ形成した物体中に浸入するのを防ぐことが
できることが見出されているからである。硼素含有ガラ
スが窒化珪素物体中に浸透しないということの確からし
い説明として、ガラスが低粘度溶融物を形成する前にが
ラスと窒化珪素との間の界面に硼素窒素化合物、恐らく
窒化硼素が形成されること、そしてこの硼素窒素化合物
が、粉末物体の気孔中へガラスが浸入するのを妨げるの
であろうということが言及されている。ガラス中のＢ２
Ｏ３を含有量は、２重量％〜７０重量％の量になると述
べられている。

アイソスタティックプレスを行なった後、最終目的物は
、冷却された後その時固化したガラスの使用済みケース
中に埋め込まれている。ケースは通常、それを除去する
間に目的物が損傷を受けないようにプラスト（、ｂｌａ
ｓｔ　）することによって除去されなければならない。

成る場合には、ガラスが充分薄い流体となって流れ落ち
、プラストによって除去される薄い膜しか残さなくなる
ような温度へケースを加熱することによってケースの主
要部分を除くことができる。亦酸洗いを用いてもよい。

ケースの除去は時間のかかる極めて面倒な操作であり、
特に複雑な形をした目的物の場合にはそうである。

本発明によれば、アイソスタティックプレスで製造され
た目的物から、今迄用いられてきたケースで可能であっ
た方法よりもかなり簡単な手段によって除去することの
できるケースを与えることが可能であることが判明した
。特に本発明は水又は水蒸気を用いてケースを除去する
ことが可能であり、ケースを溶融してそれを流れ落すこ
とにより部分的に除去できるような場合には、ケースを
金遣可能であった温度よりかなり低い温度で除去するこ
とができ、そのことがこの方法を用いることができる可
能性を高くしている。

本発明は、粉末材料から予かじめ形成された物体を圧力
媒体でアイソスタティックにプレスすることにより粉末
材料からなる目的物を製造する方法であって、少なくと
も表面層が窒化物の形のセラミック材料からなっている
予かじめ形成され物体に、アインスタティックプレスを
、同時に粉末を焼結させながら行う前に、圧力媒体に対
し不透過性に作られている酸化硼素含有ケースが与えら
れる製造方法において、ケースの材料として、酸化硼素
、又は酸化硼素含有ガラス又は加熱中にガラスを形成す
る酸化硼素含有材料が用いられ、然もそれら材料中の酸
化硼素含有量が、ガラス（又は加熱中に形成されるガラ
ス）が水で除去できるようになるのに充分な高さになっ
ており、更にケースで取り巻かれた予かじめ形成された
物体を、アインスタティックプレスを行う前に、核子か
しめ形成された物体の表面層中の窒化物とケース中の酸
化硼素との間の反応によって前記予かしめ形成された物
体の表面に窒化硼素を形成させるための熱処理にかけ、
そして酸化硼素又は酸化硼素含有ガラスのケースの、少
なくとも仕上った目的物に最も近く位置している部分を
、水又は水蒸気で除去することを特徴とする製造方法に
関する。

ケースのための材料は純粋な酸化硼素からなっていても
よい。もしそれが酸化硼素含有がラス又は加熱中にガラ
スを形成する材料からなるならば、酸化硼素含有量は好
ましくは少なくとも３０重量％、更に好ましくは少なく
とも５０重量％である。

ガラス又はガラス形成材料の例として、Ｂ２Ｏ３と他の
酸化物、例えばアルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属
酸化物及び希土類金属酸化物（ランタニド酸化物類）、
８１０．　、　ＧｅＯ２、ｙ２ｏ３及びＡ１□０３の如
きものとの混合物を挙げることができる。ガラス又は加
熱で形成されたガラスの粘度は、約１０００℃の温度で
せいぜい１０４ポアズ迄になるのが適切である。なぜな
らそのことは、ガラスを溶融してそれを仕上り目的物か
ら流れ落すことにより部分的にケースを除去するのを容
易にするからである。

予かしめ形成した物体の表面層中のセラミック材料の窒
化物と、ケース中の酸化硼素との反応によってその予か
じめ形成した物体の表面に窒化硼素を確実に形成させる
ための熱処理は、少なくとも９００℃、好ましくは１１
００℃の温度で行われる。

粉末材料はセラミック材料又は金属材料からなるのが好
ましい。本発明を適用できるセラミック材料の例として
、窒化珪素、珪素アルミニウム酸化物窒化物、窒化アル
ミニウム、窒化チタン、窒化ジルコニウムの如き窒化物
、酸化アルミニラへ酸化ジルコニウム（両方共完全に又
は成る程度安定化されている）、酸化マグネシウムの如
き金属酸化物、炭化珪素、炭化チタンの如き炭化物、硼
化チタン、硼化ジルコニウムの如き硼化物、及びそのよ
うな材料の混合物を挙げることができる。

金属材料の例として、就中、鋼、鉄基合金、例えば０．
３３１　Ｃ、０，３０１Ｓｌ、　０．４０％Ｍｎ　。

０．０１％Ｐ、０．０１％Ｓ、２．８％Ｃｒ、０．６％
Ｍｏ　。

残余のＦｅを含む３　％　Ｃｒ　−Ｍｏ鋼、或は０．１
８　％ｃ。

０．２５％８１，０．６０％Ｍｎ、０．０１％ｐ、０．
０１％８．１１．５％Ｃｒ、　０．５％Ｎｉ、　０．５
１Ｍｏ、０．３０％Ｖ、０．２５％Ｎｂ１残余のＦｅを
含む１２％Ｏｒ−Ｍｏ　−Ｖ　−Ｎｂ鋼、或は１．２７
％Ｃ！、０．３％１ｌｌｌｉ　。

０．３１　Ｍｎ　、　６．４％Ｗ　ｅ　５−０　％　Ｍ
ｏ　−３−１％　Ｖ　−４，２１Ｃｒ　、残余のＦｅを
含む合金、或はニッケル基合金、例えば０．０３％Ｃ，
１５％Ｃｒ、　　１７％Ｃｏ、５％Ｍｏ、３．５％Ｔｉ
、４．４％Ａｔ、０．０３％Ｂ１残余Ｎ１の合金、或は
０．０６％Ｃｔ１２％ｃｒ。

１７％Ｃｏ、３％Ｍｏ、０．０６％Ｚｒ、４．７％Ｔｉ
　。

５．３％Ａｔ、　０．０１４　％　Ｂ、　１．０％Ｖ、
残余（７）Ｎｉを含む合金を挙げることができる。この
パラグラフ及び次の記載中でチは重量−のことである。

本発明は少なくとも成る部分が粉末出発材料から作られ
ている複合製品に対しても適用できる。

予かしめ形成された物体が製造される粉末材料が金属材
料又は窒化物以外のセラミック材料からなるならば、本
発明により、例えば窒化珪素、窒化クロム又は窒化アル
ミニウムのような窒化物の表面層が材料に形成される。

之は、窒化珪素又は他の窒化物をできれば結合剤と共に
アルコール中に入れた懸濁物、例えば１００１／ｌｌの
ブチルアクリレートを入れたインプロパツール中に入れ
た懸濁物中に予かしめ形成した物体を浸漬するか又はそ
れに噴霧することによって達成することができる。

本発明の好ましい具体例によれば、粉末材料の目的物の
製造は次のようなやり方で行われる。即ち、予かしめ形
成した物体を、酸化硼素又は酸化硼素を含むガラスの包
囲ケースと共に、粉末材料の焼結が行われる温度に対し
耐久性のある開口容器中に入れる。ケースは、容器の壁
によって表面が限定された溶融物へそのケースを移行さ
せることＫより圧力媒体に対し不透過性にされ、アイソ
スタティックプレスのために必要な圧力をその溶融物に
圧力媒体により加えた時、該表面の下に予かじめ形成さ
れた物体が位置するようにする。粉末物体の表面に硼素
窒素化合物を形成させ、それによって粉末物体へケース
が浸入しないようにするため、アイソスタティックプレ
スのために必要な圧力を溶融物へ適用する前に、少なく
とも９００℃、好ましくは少なくとも１１００℃の温度
に加熱する。圧力媒体は好ましくはガスである。この具
体例によれば、溶融物には任意に低い粘度が与えられ、
アイソスタティックプレス中、予かしめ形成された物体
に損傷を与える危険（もしその物体が薄くて弱に部分を
もつならば特に大きくなる危険）を犯すことなく高い圧
力を使用することができる。

アイソスタティックプレス及びセラミック又は金属材料
を焼結するための圧力及び温度は、勿論その材料の種類
に依存する。しかし通常、圧力は少なくとも１００　Ｍ
Ｐａ、温度は少なくとも１０００’Ｃになるべきである
。

１ 本発明を付図を参照して一具体を記載することにより、
一層詳細に記述する。

５μｍより小さな粉末粒径をもち、約０．５重量％の遊
離珪素と約１重量％の酸化イツトリウムを含む窒化珪素
粉末を、例えば可塑化ポリ塩化ビニルのようなプラスチ
ック或はゴムからなるカプセルで、製造される予かしめ
形成された粉末物体とほぼ同じ形を有するカプセルの中
へ入れ、然る後そのカプセルを密封し、６００　ＭＰａ
の圧力で５分間圧搾する。圧搾完了後、カプセルを取り
出し、このようにして作られた予かしめ形成された粉末
物体を機械加工して希望の形にした。その粉末物体は理
論密度の約６０％の密度をもっていた。

第１図及び第２図に示されている予かしめ形成された粉
末物体１０は、ハブ（ｈｕｂ　）　１１　、ウェブ１２
、縁１３及び羽根１４を有するタービン車からなる。　
　　　　　　　　　　・ 第３図から明らかになるように、粉末物体は用いら−れ
る焼結温度に耐えられる上が開いた容器１５中に入れ（
純粋な酸化硼素の粉末１６中に埋２ める。この例の場合には、容器は黒鉛からなり、内側に
窒化硼素の剥離層１Ｔがつけられている。もし容器の底
が気密でないならば、気密な黒鉛又は気密な窒化硼素の
板或はモリブデンの箔を、剥離層１７を適用する前にそ
の底に適用する。予かじめ形成した物体の周りのケース
をこの場合ｌこけこのようにして酸化硼素の粒子で形成
しである。

一つ以上の容器１５を導管のついた既知の型の高圧炉中
に置く。その導管を通してガスを引いて容器とその内容
物を脱ガスしてもよく、又適切なガスとしてアルデン、
ヘリウム又は窒素のようなガスをアイソスタティックプ
レスを行うのに必要な圧を生じさせるため供給してもよ
く、その炉には炉を加熱するための手段が配備されてい
る。高圧炉中で、予かじめ形成された物体１０をそれを
取り巻く酸化硼素の粉末１６と共に約２時間最初に脱ガ
スする。真空に引きながら温度を約６００°Ｃに上昇さ
せる。温度上昇はその時間のどの時点でも圧力が０．１
トールを越えないようにゆっくりと行う。約６００℃で
温度を約１時間一定に保ち、それによって最終脱ガスが
行われ、酸化硼素粉末は粉末物体１０を完全に取り巻く
低粘度の溶融物を形成する。この後、アルゴン又はヘリ
ウム又は窒素ガスを供給し、圧力を［］、ＩＭＰａにな
るようにし、温度を１１５０℃に上昇させ、その温度に
１時間保持する。この処理で窒化硼素の表面層が予かし
め形成された物体上に形成される。次に同じ温度でアル
ゴン又はヘリウム又は窒素ガスをその最終温度で２００
〜３　（］　Ｑ　ＭＰａの圧力を与える圧力水増進供給
する。その温度を次に１７００〜１８００℃、即ち窒化
珪素にとって適切な焼結温度へ１時間上昇させる。その
時圧力も同時に上昇する。上述の条件で焼結するのに適
した時間は少なくとも２時間である。その工程が完了し
た後、炉を適当な取り出し温度迄冷却させる。容器１５
はその時黒色の一つのただの塊り（ｂｌａｎｋ　ｃａｋ
ｅ　）を含み、その中に粉末物体が固化した透明な酸化
硼素を通して見える。粉末物体は酸化硼素中に完全に埋
っており、従ってプレス中溶融物の表面下に全体が位置
していた。溶融物が低粘度である時５ にプレスに必要な高圧を適用することが出来たというこ
きにより、傷のない目的物が良好な再現性をもって製造
することができる。剥離層１７の存在により、塊りは容
器から容易に剥れる。酸化硼素のケースを、できればＮ
ａＯＨ又は他のアルカリ性化合物を添加した熱水によっ
て浸出するか又は水蒸気を噴霧することにより除去する
ことができる。別法として水による浸出を上昇させた温
度でオートクレーブ中で行なってもよい。別法としてケ
ースは、約６００℃迄ケースを加熱し、酸化硼素の一部
を仕上り目的物から流れ落し、その酸化硼素の膜を残す
ようにすることにより部分的に除去してもよい。その膜
は上述の如く水又は水蒸気によって目的物から除去する
ことができる。酸化硼素の一部は別法として溶融物が未
だ充分な低粘度をもつ間に最終目的物から冷却中に除去
してもよい０ 別の具体例として、９０重量％のＢ２Ｏ３，５重量％の
８１０２．４重量％のＭｇＯ及び１重量％のＡｌ２Ｏ３
を含むガラスを使用する。このガラスは上６ 述の例のガラスより高い融点をもつので、最終脱ガスは
９００℃で行われる。その他の点では上記例の場合と同
じ条件が用いられる。

窒化珪素のタービン車を製造するために上述したのと同
じ手順が、修正した形で炭化珪素のタービン車を製造す
るために用いられる。この場合には予かしめ形成した物
体を、それを容器１５に入れる前に、窒化珪素の表面層
１８で被覆する。・の表面層を適用するため、薄がゆ（
ｇｒｕｅｌ　）状の粘性をもつ、１００Ｅ／１１のブチ
ルアクリレ−トラ含ムインプロパノール中に５μｍより
小さな粒径をもつ窒化珪素を入れた懸濁物を用いてもよ
い。

乾燥後、被覆は約０．２ｍｍの厚さをもっている。

窒化珪素層は効果的番こ予かしめ形成された物体に固定
されており、アイソスタティックプレス前に　４容器１
５中で予かじめ形成された物体にかける熱処理中、酸化
硼素と接触する表面の所に窒化硼素を形成する。アイソ
スタティックプレスは１９００　　。

〜２０００℃の温度で行われる。その他の点では窒化珪
素について上述したのと同じ条件を用いることができる
。

炭化珪素のタービン車の製造について上述したのと同じ
方法を、１２％Ｃｒ−Ｍｏ−Ｖ−ＮＢ鋼のタービン車を
製造するため修正した形で用いる。その鋼０．３５％Ｖ
％０．２５％Ｎｂ、残余のＦｅを含み、８００μｍより
小さな粒径を有する。予かしめ形成された物体に、炭化
珪素のタービン車について記載したのと同じやり方で、
窒化クロムの表面層が形成される。この場合、窒化硼素
を形成するための熱処理は１０００℃で１時間行われ、
１２００°Ｃの温度でアイソスタティックプレスが行わ
れる。

その他の点では炭化珪素について上述したのと同じ条件
を用いることができる。

炭化珪素のタービン車の製造について上述したのと伺じ
方法を、次の組成の鉄基合金の粉末のカッターを製造す
るために修正した形で用いる：１．２７％Ｃ，０，３％
８１．０．３％Ｍｎ、６．４％Ｗ１５．０％ＭＯ１３，
１％Ｖ、４．２％Ｏｒ、残余Ｆｅ、粒径６００μｍより
小。予かじめ形成した物体に、炭化珪素のタービン車に
ついて記述したのと同じやり方で、窒化アルミニウムの
表面層を形成する。

この場合、窒化硼素形成のための熱処理とアイソスタテ
ィックプレスの両方を、１１５０℃の温度で行なう。そ
の他の点では炭化珪素について上述したのと同じ条件を
用いることができる。

窒化珪素のターぎン車の製造のために上述したのと同じ
方法を、セラミック絶縁体をもつ電気用套管を製造する
ために修正した形で用いる。２８％Ｍｏ。

５％Ｆｅ、残余Ｎ１の組成をもつニッケル基合金の円筒
状電極を、セラミック粉末の同心ケースを冷間アイソス
タティックプレスを行う間、芯として用いる。その粉末
は０．４％の酸化イツトリウムを含む酸化ジルコニウム
からなり、５μｍより・小さな粒径をもっている。プレ
スされた物体を形成し、電極の両端を機械加工によりセ
ラミック材料から切り離した。複合体に、炭化珪素のタ
ービン車について記述したのと同じやり方で、窒化珪素
の表面層を形成する。この場合、窒化硼素形成のため９ の熱処理とアイソスタティックプレスの両方を、１２０
０℃の温度で行う。他の点では炭化水素について上述し
たのと同じ条件を用いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ガスタービンのためのタービン車の形に粉末
材料から予かしめ形成した物体を示す。 第２図は第１図の物体の軸を通る断面を示す。第６図は
、耐熱性容器をこ入れ、圧力媒体をこ対し不透過性のケ
ースを形成するための材料粒子配合物中に埋め込韮れた
物体を示す。 １〇−粉末物体、１１−ハブ、１２−ウェブ、１３−縁
、１４−羽根、１５−容器、１６−粉末、１７−剥離層
。 代理人　浅　村　　　晧 ０

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）粉末材料から予かしめ形成した物体（１０）を圧
   力媒体でアイソスタティックプレスにかけることにより
   粉末材料からなる目的物を製造する方法であって、少な
   くとも表面層が窒化物の形のセラミック材料からなる予
   かじめ形成された物体が、その粉末を焼結しながらアイ
   ソスタティックプレスを行う前に、圧力媒体に対し不透
   過性にされる　　。 酸化硼素を含むケース（１６）によって取り囲まれてい
   る製造方法において、ケース中の材料として酸化硼素、
   又は酸化硼素含有ガラス、又は加熱でガラスを形成する
   酸化硼素含有材料で、酸化硼素の含有量が、ガラス又は
   加熱で形成されるガラスが水により除去できるように充
   分高いものが用いられ、ケース（１６）によって取り囲
   まれた予かじめ形成された物体（１０）を、アイソスタ
   ティックプレスを行う前に１該予かしめ形成された物体
   の表面層中の窒化物とケース中の酸化硼素との間の反応
   によって前記予かじめ形成された物体の表面に窒化硼素
   を形成させるため熱処理にかけ、そして製造された目的
   物の最も近くに位置する少なくとも該ケースの部分を水
   又は水蒸気によって除去することを特徴とするセラミッ
   ク物体の製造方法。
2. （２）　　ガラス又は加熱でガラスを形成する材料中の
   酸化硼素含有量が少なくとも３０重量％、好ましくは少
   なくとも５０重量％であることを特徴とする前記第１項
   に記載の方法。
3. （３）予かしめ形成された物体の表面に窒化硼素を形成
   するための熱処理が、少なくとも９００℃の温度で行わ
   れることを特徴とする前記第１項□又は第２項に記載の
   方法。
4. （４）　　ケース中の材料が１０００℃の温度でせいぜ
   い１０４ポアズの粘度を有することを特徴とす゛る前記
   第１項〜第３項のいずれか１項に記載のガミ。
5. （５）予かじめ形成された物体（１０）が窒化珪素又は
   主成分として窒化珪素を含むものからなる材料からなる
   ことを特徴とする前記第１項〜第４項に記載の方法。
6. （６）予かしめ形成された物体（１０）が、窒化物の形
   の被覆（１８）を備えた金属材料又はセラミックからな
   ることを特徴とする前記第１項〜第４項のいずれか１項
   に記載の方法。
7. （７）　　予かしめ形成された物体（１０）とケース（
   １６）を、そのケースが圧力媒体に対し不透過性にされ
   る時、粉末材料の焼結が行われる温度に耐えられる開口
   容器（１５）中に入れ、該ケース（１６）を該容器の壁
   によって表面が限定されている溶融物へ変え、アイソス
   タティックプレスを行う時、その表面下に予かしめ形成
   された物体が位置しているようにすることを特徴とする
   前記第１項〜第６項のいずれかに記載の方法。