JPS6140721B2 - - Google Patents
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Description
この発明は種々の成形法によつて成形するのに
有益な組成物および製法に関する。特にこの発明
は金属化合物を含む成形用組成物および、この金
属化合物を還元および焼成して金属製品を製造す
る工程に関する。 従来、金属成形物、たとえばフイラメントおよ
び繊維体の製法として金属化合物の微粒をバイン
ダーで濡らし、成形、押し出し等によつて粗体を
形成し、のちに金属化合物を還元して遊離金属と
し、ついで焼成して高密度の金属製品を得る方法
が知られている。この基本的な手法は高価かつ大
規模な金属成形装置を不要とし、かつ金属材料の
再循環させ得るので製造操作上および材料費の点
で極めて経済的である。さらに最終製品は加工又
は仕上げ処理が少なくて済むという利点もある。 このような方法の例としては米国特許第
3671228号に開示されているように、還元性金属
化合物の微粒を可塑化剤又はバインダーと混合し
集合体を形成し、これを所望の形状に成形し(た
とえば押し出しによつて繊維状製品に成形す
る)、ついでこれを還元雰囲気内に入れて金属を
遊離させたのち焼成して高密度金属製品を製造す
る方法である。この場合、集合体を成形する際に
異なる金属の化合物を混入させることによつて、
種々の用途に沿つた適当な焼成合金製品を得るこ
とが可能となる。この特許ではバインダー、およ
び可塑化剤の種類によつて成形された未処理体の
強度および焼成製品の表面状態が影響を受けるこ
とを認めている。しかし、この方法は主として高
粘度のペースト状混合物から集合体を形成するこ
とに関するもので、したがつて押し出し又は金型
成形等によつて自立性の圧縮体を形成し得るもの
である。その他、還元および焼成によつて金属製
品を得る方法としてスリツプ注入成形法が知られ
ている。これは還元性の金属化合物微粒を担体液
中に分散させてスラリーを形成するもので、この
スラリーの粘度は必然的に極めて小さく、担体液
を吸収し得る物質からつくられた型内に注入させ
ることができる。この型は担体液を離脱させ、型
内の内壁に所望形状の粒状物質成形体を残留させ
る。この成形体をついで部分的又は完全に乾燥さ
せ、これによつて成形体を収縮させ、型から容易
に取り出すことができるようにする。このスリツ
プ注入成形物は実質的に圧縮した金属化合物粒体
からなるものであり、これを還元雰囲気中に収容
し遊離金属に変換させる。さらに最終的に焼成す
ることによつて、高密度金属製品を得ることがで
きる。この最終的な密度は一般に出発金属化合物
の粒径に左右される。この注入成形の例は米国特
許第3052532号および米国特許第3672882号に開示
されている。 上記組成および成形法のほか、粒状金属耐火性
化合物をバインダーと混合し、これから所望の圧
縮成形体をつくり、これを熱処理する方法も知ら
れている。このような成形法において基本的な違
いはバインダー、懸濁体の種類の差および圧縮体
をつくる際の方法的な違いに基づくものである。 集合体の物理的特徴は出発物質の粒径およびバ
インダー又は懸濁媒体の性質によつて直接関連す
る。成形方法、たとえば押し出し又は圧縮等にお
いては、実質的に自立的であるような高粘度の集
合体混合物であることが望ましい。フイラメント
へのスピン注入成形においてその混合物は中程度
であることが要求される。又、スリツプ注入成形
においては極めて低粘度の液状集合物であること
が望まれる。 しかして、公知の集合体混合組成物は本質的に
多用性でなく、特定のレオロジー特性を有する特
定の組成物については特定の成形法に限られると
いうものであつた。 この発明は上記事情に鑑みてなされたものであ
つて種々の成形法を適用し得る成形用組成物を提
供することを目的とする。 この発明の他の目的は改良されたレオロジー特
性を有する成形用組成物を提供するものである。 この発明の他の目的は低粘度であるがすぐれた
物理的集合力および未処理体強度を有する種種の
成形物を成形し得る成形用組成物を提供するもの
である。 すなわち、この発明は必須成分として粒状固
体、分散剤、バインダー、および水とを具備して
なる成形組成物を提供するものである。この粒状
固体としては遊離金属に還元し得るものであつ
て、適当な雰囲気および加熱条件下で焼成し得る
すべての金属化合物をも含むものである。このよ
うな固体は好ましくは微粉状であつて、少なくと
も約50重量%(組成全体に対して)を占めるよう
にする。分散剤は全組成の約1.5重量%まで含み
得るものであり、かつ低粘度のため注入可能な粘
弾性組成物を効果的に形成し得るものからなる。
バインダーは組成物全体の15重量%まで含み得る
もので、好ましくは架橋構造をとり得るもので、
これによつて初期の物理的集合力又は未処理成形
体の強度を付与し得るものを選ぶ。そのため、架
橋剤を組成物全体の15重量%含めるようにしても
よい。 この発明に係わる成形用組成物は新規な利点お
よびレオロジー特性を有するものであり、これら
は基本的組成をなす成分の性質、型および量を制
御することによつて得られる。この組成物は特に
高固体対液体比を有しながら、低粘度であり、こ
れによつて流動性および注入可能な混合物とな
る。この発明の組成物の他の利点はバインダーが
比較的少ないことであり、しかも未処理成形体の
強度および物理的集合力が得られるということで
ある。 この発明は特に容易に還元されて各遊離状態と
なる金属化合物から成形体を形成するのに特に適
している。このような金属化合物の例としては
Fe、Co、Ni、Cu、Cr、Mn、MoおよびWの酸化
物である。Cu、Mo、WおよびCrの不溶性塩化物
およびCu、Fe、Co、NiおよびMoの硫化物もこ
の発明において適用することができる。さらに、
他の水不溶性金属化合物で、還元可能かつ焼成し
得るもの、たとえば米国特許No.3671228に開示
しているものも使用し得る。 この発明の組成物を還元、焼成して得られる金
属製品の最終的な密度は含まれる金属の重量比お
よび粒径に左右される。たとえば還元、焼成後に
おいて理論密度の90%以上の高密度の金属製品を
得るためには、金属化合物の全組成物に対する重
量比は少なくとも約50%以上、好ましくは60〜85
%でなければならない。金属化合物の平均粒径は
6μを超えないこと、および少なくともその25%
は2.5μを超えないことが望ましい。金属化合物
の種類、形態も組成物の固形分の内容を左右する
フアクターとなる。 この発明を実施するためにより重要な金属化合
物は金属酸化物である。なぜならば、これら金属
酸化物は量的に豊富であり、天然の鉱石に集中し
て存在しているだけでなく、製造上の副産物とし
て容易に入手できるからである。FeO、Fe2O3お
よびFe3O4等の鉄酸化物は有用である。なぜなら
ば、これらは水素中又は一酸化炭素雰囲気中で容
易に還元されるからである。さらに、これらの特
定の酸化物は比較的純粋であり安価で入手し易
い。 組成物中の分散剤の存在は液状分散媒、たとえ
ば水、中の金属化合物微粒の懸濁を促進させる。
この分散剤は固体粒子の表面を濡らし、各粒子と
液状分散媒との間を連結させる。この分子は各粒
子の表面に付着し、これによつて各分子端に同じ
電荷が生ずる。同一の電荷は互いに離反し合うか
ら粒子相互は分離したままに維持される。したが
つて、このような分散系は凝集系のものよりも粘
度が小さい。なぜならば各粒子表面に付着した分
散剤が液体と置換するため組成物の流動性が著る
しく増大し、この場合、低粘度のスラリー又はペ
ーストとなるからである。 組成物に対し、0.1ないし1.5重量%、好ましく
は0.5重量%の分散剤を添加することによつて、
固体粒子を高い割合で配合することができ、かつ
高流度性を維持することができる。本発明の実施
に際し、如何なる公知の分散剤をも利用すること
ができるが、特に好ましいものとしては高分子電
解質のナトリウム塩である。これはTamol 850
(商標、Rohm and Haas社製)又は
Nuosperse700(商標、Tenneco Chemicals社
製)などとして市販されている。その他の同様の
分散剤を使用することもできる。 バインダーの種類、量は高固体成分組成物の低
粘度の維持、未処理成形体の強度の点から重要で
ある。さらに、バインダーの種類により、組成物
のレオロジー特性に影響を与える。したがつて、
成形法に従つて特に考慮する必要がある。 バインダー量は組成物全体に対して、約0.1な
いし15重量%、好ましくは0.5ないし5.0重量%添
加する。バインダーの好ましいものとしては海草
又はケルプから得られるアルギン酸塩、カルボキ
シメチルセルロース(CMC)、グアガムたとえば
カルボキシメチルヒドロキシプロピルセルロース
の形のグアガム誘導体(CMHP)(Stein−Hall
社製)などである。変性グアガム又はグアガム誘
導体の使用は組成物に対して、延伸性を付与し、
フイラメント状に引くのに適していることが見出
された。 その他、バインダーとして有用なものは架橋性
を有するもので、成形体に物理的集合力又は未処
理強度(初期強度)を与えるものである。これは
種々の成形法に適合させるだけでなく、種々の形
状の成形物、たとえば細いフアイバー状、長い糸
状又はシート状等に成形させるのに役立つ。実際
の架橋は架橋剤たとえばホウ酸アンモニウムを最
初の組成物に対し0.5重量%添加することに初期
において架橋させることができる。 上述の如く本発明に係わる新規組成物は従来公
知の方法によつてほとんど全ての所望の形状に成
形するのに適している。しかし、特に米国特許
No.3671228に開示されているような圧縮体を適
当なガス雰囲気中で還元させ、のちに焼成して高
密度化する方法に適している。この発明の方法に
よれば単一の金属からなる成形体を得ることがで
きるだけでなく、複数の金属を含む出発原料化合
物を用いることにより複数の金属からなる合金成
形体を得ることもできる。 この発明の低粘度組成物の成形方法として、ド
クターブレードを用いて型キヤビテイ内又は移動
ベルト等に設けられた凹み内に組成混合物を導入
する方法、押し出し成形、スピン注入成形により
繊維又は繊維状に成形する方法、延伸によりフイ
ラメント状に成形する方法、スプレー法により中
実又は中空の球状、小片状又は繊維状に成形する
方法、平坦シート又は紐状に成形する方法、平坦
シートを一定の区分に切断する方法等種々の成形
法を適用し得る。 組成混合物を押し出し、延伸等により成形した
のち、この成形体を室温又は加熱下で乾燥させ、
この未処理成形体の初期強度を素早く与え、のち
の処理を容易にさせる。これは特にフイラメント
状製品、たとえば糸状物、マツト状又は紐状物等
の如く後の還元および焼成のためコイル状に巻回
する必要がある場合に重要となる。 さらに、成形体を、バインダーの架橋又はゲル
化を促進させる溶液中に直接通過させることによ
り、極めて大きい初期強度を成形体に付与させる
こともできる。これによつて成形体は硬化され、
ゴム状又は弾性結持性が付与される。このような
架橋用溶液としては多価金属イオン、たとえば
鉄、カルシウム、マンガン、ニツケル、亜鉛等を
含むものである。たとえば、塩化第1鉄
(FeCl2)、塩化第2鉄(FeCl3)、塩化ニツケル
(NiCl2)、酢酸亜鉛〔Zn(CH3COO)2〕である。連
続状の成形体、たとえば糸状成形体を押し出して
直接、架橋用溶液内に浸漬すると成形体表面はバ
インダーの架橋によつて直ちに硬化し、金属化合
物が溶液中に失われるのを防止する。成形体の残
部は溶液からのイオンが拡散するにつれ、次第に
硬化する。 実施例 1 本発明の組成物の一例としてスラリーを
Waringブレンダー内で調整した。このスラリー
は200gの試薬グレードのFe2O3、85mlの蒸溜
水、6mlのTamol 850、2gのKelco−Gel LV
(Kelco社、シカゴ市、イリノイ州、製アルギン
酸ナトリウム)からなるものであつた。 このアルギン酸ナトリウムはバインダーとなる
ものであり、上記ブレンダー内で水中に最初に溶
解される。この酸化鉄とTamol 850は交互に加
え、これを最終組成が得られるまで続ける。これ
によつて組成物は固形分が約70%となるようにす
る。この混合物は半速で約15分間撹拌する。この
ようにして得られたスラリーは粘度が比較的小さ
く、容易に注入することができる。このスラリー
をシート状に成形し、ついで直ちに塩化鉄溶液中
に浸漬させバインダーを架橋せしめ、シート成形
物を硬化させた。このシートはついで還元、焼成
してシート状の遊離金属製品とした。この製品は
架橋又は硬化用溶液中の金属イオンの種類により
延伸性の程度が異なることが見出された。すなわ
ち、第1又は第2鉄は最高の延伸性を与え、亜鉛
はほぼ良好な延伸性を与えることが見出された。
カルシウムイオンは延伸性を減少させ、マンガン
を含む溶液は最低の延伸性を与えるものであつ
た。この延伸性についての効果は架橋用溶液中で
硬化させたのちアルギン酸塩バインダーの変化に
基づくものであり、これは逆に焼成時における鉄
の高密化に影響を与えるものと思われる。このバ
インダーの変化の最も大きいものはバインダー中
での寸法的変化量(硬化後)および硬化後におけ
るバインダーの剛さである。バインダーが硬化の
際、極度に膨張すると、未処理成形体および焼成
後の焼成体の密度が小さくなるであろう。バイン
ダーが、成形体からの水分蒸発時に収縮しないよ
うな硬い組織を形成したときは正常な高密度が妨
害されることになる。 以下の実施例は架橋用溶液の差が焼成されたワ
イヤーの延伸性に与える影響を示している。 実施例 2 試薬グレードのFe2O3100g、蒸溜水33.2ml、
CMC(Hercules 12M31XP)0.5g、ポリアクリ
ルアミド(アメリカン サイアナミド p−
250)0.5gからなるスラリーを用意した。このス
ラリーを79ミル(0.079インチ)の孔からZenith
ギアポンプを用いてフイラメント状に押し出し、
ついで種々の架橋、又は硬化剤溶液中に浸漬さ
せ、さらにナイロンコンベアベルト上に導いた。
この押し出し速度は5フイート/分、架橋剤中の
滞留時間は2.5分であり、これをのちに2.5インチ
径のスプールに巻回させた。このワイヤを還元、
焼成したところ、その径は44ミル(0.044イン
チ)でねじれ性を有し、かつ良好な微細構造のも
のであつた。この実験の結果が本発明のスラリー
組成物から連続的なワイヤーが得られることが確
認された。硬化剤溶液の種類が最終焼成物の延伸
性に与える影響について下記表1に示す。
有益な組成物および製法に関する。特にこの発明
は金属化合物を含む成形用組成物および、この金
属化合物を還元および焼成して金属製品を製造す
る工程に関する。 従来、金属成形物、たとえばフイラメントおよ
び繊維体の製法として金属化合物の微粒をバイン
ダーで濡らし、成形、押し出し等によつて粗体を
形成し、のちに金属化合物を還元して遊離金属と
し、ついで焼成して高密度の金属製品を得る方法
が知られている。この基本的な手法は高価かつ大
規模な金属成形装置を不要とし、かつ金属材料の
再循環させ得るので製造操作上および材料費の点
で極めて経済的である。さらに最終製品は加工又
は仕上げ処理が少なくて済むという利点もある。 このような方法の例としては米国特許第
3671228号に開示されているように、還元性金属
化合物の微粒を可塑化剤又はバインダーと混合し
集合体を形成し、これを所望の形状に成形し(た
とえば押し出しによつて繊維状製品に成形す
る)、ついでこれを還元雰囲気内に入れて金属を
遊離させたのち焼成して高密度金属製品を製造す
る方法である。この場合、集合体を成形する際に
異なる金属の化合物を混入させることによつて、
種々の用途に沿つた適当な焼成合金製品を得るこ
とが可能となる。この特許ではバインダー、およ
び可塑化剤の種類によつて成形された未処理体の
強度および焼成製品の表面状態が影響を受けるこ
とを認めている。しかし、この方法は主として高
粘度のペースト状混合物から集合体を形成するこ
とに関するもので、したがつて押し出し又は金型
成形等によつて自立性の圧縮体を形成し得るもの
である。その他、還元および焼成によつて金属製
品を得る方法としてスリツプ注入成形法が知られ
ている。これは還元性の金属化合物微粒を担体液
中に分散させてスラリーを形成するもので、この
スラリーの粘度は必然的に極めて小さく、担体液
を吸収し得る物質からつくられた型内に注入させ
ることができる。この型は担体液を離脱させ、型
内の内壁に所望形状の粒状物質成形体を残留させ
る。この成形体をついで部分的又は完全に乾燥さ
せ、これによつて成形体を収縮させ、型から容易
に取り出すことができるようにする。このスリツ
プ注入成形物は実質的に圧縮した金属化合物粒体
からなるものであり、これを還元雰囲気中に収容
し遊離金属に変換させる。さらに最終的に焼成す
ることによつて、高密度金属製品を得ることがで
きる。この最終的な密度は一般に出発金属化合物
の粒径に左右される。この注入成形の例は米国特
許第3052532号および米国特許第3672882号に開示
されている。 上記組成および成形法のほか、粒状金属耐火性
化合物をバインダーと混合し、これから所望の圧
縮成形体をつくり、これを熱処理する方法も知ら
れている。このような成形法において基本的な違
いはバインダー、懸濁体の種類の差および圧縮体
をつくる際の方法的な違いに基づくものである。 集合体の物理的特徴は出発物質の粒径およびバ
インダー又は懸濁媒体の性質によつて直接関連す
る。成形方法、たとえば押し出し又は圧縮等にお
いては、実質的に自立的であるような高粘度の集
合体混合物であることが望ましい。フイラメント
へのスピン注入成形においてその混合物は中程度
であることが要求される。又、スリツプ注入成形
においては極めて低粘度の液状集合物であること
が望まれる。 しかして、公知の集合体混合組成物は本質的に
多用性でなく、特定のレオロジー特性を有する特
定の組成物については特定の成形法に限られると
いうものであつた。 この発明は上記事情に鑑みてなされたものであ
つて種々の成形法を適用し得る成形用組成物を提
供することを目的とする。 この発明の他の目的は改良されたレオロジー特
性を有する成形用組成物を提供するものである。 この発明の他の目的は低粘度であるがすぐれた
物理的集合力および未処理体強度を有する種種の
成形物を成形し得る成形用組成物を提供するもの
である。 すなわち、この発明は必須成分として粒状固
体、分散剤、バインダー、および水とを具備して
なる成形組成物を提供するものである。この粒状
固体としては遊離金属に還元し得るものであつ
て、適当な雰囲気および加熱条件下で焼成し得る
すべての金属化合物をも含むものである。このよ
うな固体は好ましくは微粉状であつて、少なくと
も約50重量%(組成全体に対して)を占めるよう
にする。分散剤は全組成の約1.5重量%まで含み
得るものであり、かつ低粘度のため注入可能な粘
弾性組成物を効果的に形成し得るものからなる。
バインダーは組成物全体の15重量%まで含み得る
もので、好ましくは架橋構造をとり得るもので、
これによつて初期の物理的集合力又は未処理成形
体の強度を付与し得るものを選ぶ。そのため、架
橋剤を組成物全体の15重量%含めるようにしても
よい。 この発明に係わる成形用組成物は新規な利点お
よびレオロジー特性を有するものであり、これら
は基本的組成をなす成分の性質、型および量を制
御することによつて得られる。この組成物は特に
高固体対液体比を有しながら、低粘度であり、こ
れによつて流動性および注入可能な混合物とな
る。この発明の組成物の他の利点はバインダーが
比較的少ないことであり、しかも未処理成形体の
強度および物理的集合力が得られるということで
ある。 この発明は特に容易に還元されて各遊離状態と
なる金属化合物から成形体を形成するのに特に適
している。このような金属化合物の例としては
Fe、Co、Ni、Cu、Cr、Mn、MoおよびWの酸化
物である。Cu、Mo、WおよびCrの不溶性塩化物
およびCu、Fe、Co、NiおよびMoの硫化物もこ
の発明において適用することができる。さらに、
他の水不溶性金属化合物で、還元可能かつ焼成し
得るもの、たとえば米国特許No.3671228に開示
しているものも使用し得る。 この発明の組成物を還元、焼成して得られる金
属製品の最終的な密度は含まれる金属の重量比お
よび粒径に左右される。たとえば還元、焼成後に
おいて理論密度の90%以上の高密度の金属製品を
得るためには、金属化合物の全組成物に対する重
量比は少なくとも約50%以上、好ましくは60〜85
%でなければならない。金属化合物の平均粒径は
6μを超えないこと、および少なくともその25%
は2.5μを超えないことが望ましい。金属化合物
の種類、形態も組成物の固形分の内容を左右する
フアクターとなる。 この発明を実施するためにより重要な金属化合
物は金属酸化物である。なぜならば、これら金属
酸化物は量的に豊富であり、天然の鉱石に集中し
て存在しているだけでなく、製造上の副産物とし
て容易に入手できるからである。FeO、Fe2O3お
よびFe3O4等の鉄酸化物は有用である。なぜなら
ば、これらは水素中又は一酸化炭素雰囲気中で容
易に還元されるからである。さらに、これらの特
定の酸化物は比較的純粋であり安価で入手し易
い。 組成物中の分散剤の存在は液状分散媒、たとえ
ば水、中の金属化合物微粒の懸濁を促進させる。
この分散剤は固体粒子の表面を濡らし、各粒子と
液状分散媒との間を連結させる。この分子は各粒
子の表面に付着し、これによつて各分子端に同じ
電荷が生ずる。同一の電荷は互いに離反し合うか
ら粒子相互は分離したままに維持される。したが
つて、このような分散系は凝集系のものよりも粘
度が小さい。なぜならば各粒子表面に付着した分
散剤が液体と置換するため組成物の流動性が著る
しく増大し、この場合、低粘度のスラリー又はペ
ーストとなるからである。 組成物に対し、0.1ないし1.5重量%、好ましく
は0.5重量%の分散剤を添加することによつて、
固体粒子を高い割合で配合することができ、かつ
高流度性を維持することができる。本発明の実施
に際し、如何なる公知の分散剤をも利用すること
ができるが、特に好ましいものとしては高分子電
解質のナトリウム塩である。これはTamol 850
(商標、Rohm and Haas社製)又は
Nuosperse700(商標、Tenneco Chemicals社
製)などとして市販されている。その他の同様の
分散剤を使用することもできる。 バインダーの種類、量は高固体成分組成物の低
粘度の維持、未処理成形体の強度の点から重要で
ある。さらに、バインダーの種類により、組成物
のレオロジー特性に影響を与える。したがつて、
成形法に従つて特に考慮する必要がある。 バインダー量は組成物全体に対して、約0.1な
いし15重量%、好ましくは0.5ないし5.0重量%添
加する。バインダーの好ましいものとしては海草
又はケルプから得られるアルギン酸塩、カルボキ
シメチルセルロース(CMC)、グアガムたとえば
カルボキシメチルヒドロキシプロピルセルロース
の形のグアガム誘導体(CMHP)(Stein−Hall
社製)などである。変性グアガム又はグアガム誘
導体の使用は組成物に対して、延伸性を付与し、
フイラメント状に引くのに適していることが見出
された。 その他、バインダーとして有用なものは架橋性
を有するもので、成形体に物理的集合力又は未処
理強度(初期強度)を与えるものである。これは
種々の成形法に適合させるだけでなく、種々の形
状の成形物、たとえば細いフアイバー状、長い糸
状又はシート状等に成形させるのに役立つ。実際
の架橋は架橋剤たとえばホウ酸アンモニウムを最
初の組成物に対し0.5重量%添加することに初期
において架橋させることができる。 上述の如く本発明に係わる新規組成物は従来公
知の方法によつてほとんど全ての所望の形状に成
形するのに適している。しかし、特に米国特許
No.3671228に開示されているような圧縮体を適
当なガス雰囲気中で還元させ、のちに焼成して高
密度化する方法に適している。この発明の方法に
よれば単一の金属からなる成形体を得ることがで
きるだけでなく、複数の金属を含む出発原料化合
物を用いることにより複数の金属からなる合金成
形体を得ることもできる。 この発明の低粘度組成物の成形方法として、ド
クターブレードを用いて型キヤビテイ内又は移動
ベルト等に設けられた凹み内に組成混合物を導入
する方法、押し出し成形、スピン注入成形により
繊維又は繊維状に成形する方法、延伸によりフイ
ラメント状に成形する方法、スプレー法により中
実又は中空の球状、小片状又は繊維状に成形する
方法、平坦シート又は紐状に成形する方法、平坦
シートを一定の区分に切断する方法等種々の成形
法を適用し得る。 組成混合物を押し出し、延伸等により成形した
のち、この成形体を室温又は加熱下で乾燥させ、
この未処理成形体の初期強度を素早く与え、のち
の処理を容易にさせる。これは特にフイラメント
状製品、たとえば糸状物、マツト状又は紐状物等
の如く後の還元および焼成のためコイル状に巻回
する必要がある場合に重要となる。 さらに、成形体を、バインダーの架橋又はゲル
化を促進させる溶液中に直接通過させることによ
り、極めて大きい初期強度を成形体に付与させる
こともできる。これによつて成形体は硬化され、
ゴム状又は弾性結持性が付与される。このような
架橋用溶液としては多価金属イオン、たとえば
鉄、カルシウム、マンガン、ニツケル、亜鉛等を
含むものである。たとえば、塩化第1鉄
(FeCl2)、塩化第2鉄(FeCl3)、塩化ニツケル
(NiCl2)、酢酸亜鉛〔Zn(CH3COO)2〕である。連
続状の成形体、たとえば糸状成形体を押し出して
直接、架橋用溶液内に浸漬すると成形体表面はバ
インダーの架橋によつて直ちに硬化し、金属化合
物が溶液中に失われるのを防止する。成形体の残
部は溶液からのイオンが拡散するにつれ、次第に
硬化する。 実施例 1 本発明の組成物の一例としてスラリーを
Waringブレンダー内で調整した。このスラリー
は200gの試薬グレードのFe2O3、85mlの蒸溜
水、6mlのTamol 850、2gのKelco−Gel LV
(Kelco社、シカゴ市、イリノイ州、製アルギン
酸ナトリウム)からなるものであつた。 このアルギン酸ナトリウムはバインダーとなる
ものであり、上記ブレンダー内で水中に最初に溶
解される。この酸化鉄とTamol 850は交互に加
え、これを最終組成が得られるまで続ける。これ
によつて組成物は固形分が約70%となるようにす
る。この混合物は半速で約15分間撹拌する。この
ようにして得られたスラリーは粘度が比較的小さ
く、容易に注入することができる。このスラリー
をシート状に成形し、ついで直ちに塩化鉄溶液中
に浸漬させバインダーを架橋せしめ、シート成形
物を硬化させた。このシートはついで還元、焼成
してシート状の遊離金属製品とした。この製品は
架橋又は硬化用溶液中の金属イオンの種類により
延伸性の程度が異なることが見出された。すなわ
ち、第1又は第2鉄は最高の延伸性を与え、亜鉛
はほぼ良好な延伸性を与えることが見出された。
カルシウムイオンは延伸性を減少させ、マンガン
を含む溶液は最低の延伸性を与えるものであつ
た。この延伸性についての効果は架橋用溶液中で
硬化させたのちアルギン酸塩バインダーの変化に
基づくものであり、これは逆に焼成時における鉄
の高密化に影響を与えるものと思われる。このバ
インダーの変化の最も大きいものはバインダー中
での寸法的変化量(硬化後)および硬化後におけ
るバインダーの剛さである。バインダーが硬化の
際、極度に膨張すると、未処理成形体および焼成
後の焼成体の密度が小さくなるであろう。バイン
ダーが、成形体からの水分蒸発時に収縮しないよ
うな硬い組織を形成したときは正常な高密度が妨
害されることになる。 以下の実施例は架橋用溶液の差が焼成されたワ
イヤーの延伸性に与える影響を示している。 実施例 2 試薬グレードのFe2O3100g、蒸溜水33.2ml、
CMC(Hercules 12M31XP)0.5g、ポリアクリ
ルアミド(アメリカン サイアナミド p−
250)0.5gからなるスラリーを用意した。このス
ラリーを79ミル(0.079インチ)の孔からZenith
ギアポンプを用いてフイラメント状に押し出し、
ついで種々の架橋、又は硬化剤溶液中に浸漬さ
せ、さらにナイロンコンベアベルト上に導いた。
この押し出し速度は5フイート/分、架橋剤中の
滞留時間は2.5分であり、これをのちに2.5インチ
径のスプールに巻回させた。このワイヤを還元、
焼成したところ、その径は44ミル(0.044イン
チ)でねじれ性を有し、かつ良好な微細構造のも
のであつた。この実験の結果が本発明のスラリー
組成物から連続的なワイヤーが得られることが確
認された。硬化剤溶液の種類が最終焼成物の延伸
性に与える影響について下記表1に示す。
【表】
さらにコストを削減するためにバインダー量を
減少させたときの効果について実験をおこなつ
た。この実験はアルギン酸塩の種類による組成物
粘度への影響を調べた。その結果を下記表2に示
す。
減少させたときの効果について実験をおこなつ
た。この実験はアルギン酸塩の種類による組成物
粘度への影響を調べた。その結果を下記表2に示
す。
【表】
【表】
組成物中の固形分を増加させて焼成製品の品質
を改良することを検討するため(特にワイヤーの
場合)、Kelgin LVバインダーを用いてスラリー
の例をつくり、バインダーの下限および相応する
固体成分の上限についての実験をおこなつた。そ
の結果を下記表3に示す。
を改良することを検討するため(特にワイヤーの
場合)、Kelgin LVバインダーを用いてスラリー
の例をつくり、バインダーの下限および相応する
固体成分の上限についての実験をおこなつた。そ
の結果を下記表3に示す。
【表】
【表】
スラリーは注入可能であり、手圧で押し出すことができた。
この表中のスラリーNo.1−7に示すようにア
ルギン酸塩量の減少にともない、固形分および
Tamol量が一定であつても、組成物の粘度が減少
する。75%固形分スラリーにおいて過剰なチキソ
トロピー性を防止するため、Tamol量は金属酸化
物100g当り最低約1.5mlは必要であると判断され
る。スラリーNo.8およびNo.9はバインダー量が
比較的小さく固形分が増大されている。固形分を
84%にしても注入可能な低粘度のスラリーが得ら
れたが、チキソトロピー性が大きく、表面が乾燥
し易いため、加工上困難と判断された。約80%の
固形分のものは妥当かつ最適と思われた。金属酸
化物が同じ場合はスラリーの粘度は固形分の増加
にともない漸近的な増加を示した。アルギン酸塩
の量が金属酸化物100g当り0.05gより少ない組
成のシートは未処理成形体の強度が小さく、延伸
性を有する焼成体を得ることができなかつた。ア
ルギン酸塩含量が金属酸化物100g当り0.05gの
値は75%固形分のシート状製品については下限で
あると思われた。 以下、本発明の組成の具体例について述べる。 実施例 3 Fe2O3 568 g CoO4 232 g H2O 455 c.c. Tamol 850 16 c.c. CMC(Hercules 9H4) 3.3g ブルツクフイールドLVF粘度計(20rpm)で測
定した粘度は3400cpsであつた。 実施例 4 Fe2O3 600 g H2O 234 c.c. Tamol 850 18 c.c. 五硼酸アンモニウム 2.34g CMHP 3.0 g ブルツクフイールドLVF粘度計(10rpm)で測
定した粘度は100000cpsであつた。 実施例 5 Fe2O3 600 g H2O 234 c.c. Tamol 850 18 c.c. 五硼酸アンモニウム 2.34g CMHP 2.4 g ブルツクフイールドLVF粘度計(10rpm)で測
定した粘度は47500cpsであつた。 実施例 6 Fe2O3 22700 g H2O 7567 c.c. Tamol 850 399 c.c. 五硼酸アンモニウム 39.8g CMHP 199 g ブルツクフイールドLVF粘度計(2rpm)測定
した粘度は720000cpsであつた。 本発明の組成において注入可能な粘弾性を維持
できる粘度は1000ないし1000000cpsである。 バインダーは少ないバインダー含量で良好な伸
び性の組成物を形成するうえで重要である。多く
の型のバインダーはそれ自体又は比較的少量の固
体粒子を含む場合伸び性を有するが、グアガムは
適切に処理した場合、バインダー対金属酸化物比
1.5対100又はそれ以下の高固形分含有系でも良好
な伸び性を与えることが見出された。グアガムは
硼酸塩、重クロム酸塩、アンチモン酸塩および他
のイオンで処理したときは可逆性の架橋化ゲルを
形成する。硼酸塩で形成されたゲルはPHを調整す
ることによりゾルに変換される。この反応は完全
に可逆的であり、必要に応じて繰り返すことがで
きる。さらに、グアガムを含有する酸化物高充填
系においてはゾルが一部のみゲルに変換された範
囲においてPHを制御することにより伸び性を具備
させることができる。実験によれば延伸性組成物
を得るためにPHは6.3ないし7.3に調整することが
好ましい。このPHは組成物の結持性を維持させる
ため約±0.025の範囲で制御することが好まし
い。 以下、フイラメント状成形体を得るための伸び
性を有する組成例について述べる。 実施例 7 Fe2O3 1500 g H2O 500 c.c. Tamol 850 30 c.c. 五硼酸アンモニウム 4.5g グアガム 22.5g PH 6.9(HClで調整) 実施例 8 Fe2O3 100 g H2O 23.2c.c. Tamol 850 2.0c.c. 五硼酸アンモニウム 0.1g グアガム 1.0g PH 6.7(HClで調整) 実施例 9 Fe2O3 22700 g H2O 7168 c.c. Tamol 850 454 c.c. 五硼酸アンモニウム 68.1g グアガム 272 g PH 6.9(HClで調整)
この表中のスラリーNo.1−7に示すようにア
ルギン酸塩量の減少にともない、固形分および
Tamol量が一定であつても、組成物の粘度が減少
する。75%固形分スラリーにおいて過剰なチキソ
トロピー性を防止するため、Tamol量は金属酸化
物100g当り最低約1.5mlは必要であると判断され
る。スラリーNo.8およびNo.9はバインダー量が
比較的小さく固形分が増大されている。固形分を
84%にしても注入可能な低粘度のスラリーが得ら
れたが、チキソトロピー性が大きく、表面が乾燥
し易いため、加工上困難と判断された。約80%の
固形分のものは妥当かつ最適と思われた。金属酸
化物が同じ場合はスラリーの粘度は固形分の増加
にともない漸近的な増加を示した。アルギン酸塩
の量が金属酸化物100g当り0.05gより少ない組
成のシートは未処理成形体の強度が小さく、延伸
性を有する焼成体を得ることができなかつた。ア
ルギン酸塩含量が金属酸化物100g当り0.05gの
値は75%固形分のシート状製品については下限で
あると思われた。 以下、本発明の組成の具体例について述べる。 実施例 3 Fe2O3 568 g CoO4 232 g H2O 455 c.c. Tamol 850 16 c.c. CMC(Hercules 9H4) 3.3g ブルツクフイールドLVF粘度計(20rpm)で測
定した粘度は3400cpsであつた。 実施例 4 Fe2O3 600 g H2O 234 c.c. Tamol 850 18 c.c. 五硼酸アンモニウム 2.34g CMHP 3.0 g ブルツクフイールドLVF粘度計(10rpm)で測
定した粘度は100000cpsであつた。 実施例 5 Fe2O3 600 g H2O 234 c.c. Tamol 850 18 c.c. 五硼酸アンモニウム 2.34g CMHP 2.4 g ブルツクフイールドLVF粘度計(10rpm)で測
定した粘度は47500cpsであつた。 実施例 6 Fe2O3 22700 g H2O 7567 c.c. Tamol 850 399 c.c. 五硼酸アンモニウム 39.8g CMHP 199 g ブルツクフイールドLVF粘度計(2rpm)測定
した粘度は720000cpsであつた。 本発明の組成において注入可能な粘弾性を維持
できる粘度は1000ないし1000000cpsである。 バインダーは少ないバインダー含量で良好な伸
び性の組成物を形成するうえで重要である。多く
の型のバインダーはそれ自体又は比較的少量の固
体粒子を含む場合伸び性を有するが、グアガムは
適切に処理した場合、バインダー対金属酸化物比
1.5対100又はそれ以下の高固形分含有系でも良好
な伸び性を与えることが見出された。グアガムは
硼酸塩、重クロム酸塩、アンチモン酸塩および他
のイオンで処理したときは可逆性の架橋化ゲルを
形成する。硼酸塩で形成されたゲルはPHを調整す
ることによりゾルに変換される。この反応は完全
に可逆的であり、必要に応じて繰り返すことがで
きる。さらに、グアガムを含有する酸化物高充填
系においてはゾルが一部のみゲルに変換された範
囲においてPHを制御することにより伸び性を具備
させることができる。実験によれば延伸性組成物
を得るためにPHは6.3ないし7.3に調整することが
好ましい。このPHは組成物の結持性を維持させる
ため約±0.025の範囲で制御することが好まし
い。 以下、フイラメント状成形体を得るための伸び
性を有する組成例について述べる。 実施例 7 Fe2O3 1500 g H2O 500 c.c. Tamol 850 30 c.c. 五硼酸アンモニウム 4.5g グアガム 22.5g PH 6.9(HClで調整) 実施例 8 Fe2O3 100 g H2O 23.2c.c. Tamol 850 2.0c.c. 五硼酸アンモニウム 0.1g グアガム 1.0g PH 6.7(HClで調整) 実施例 9 Fe2O3 22700 g H2O 7168 c.c. Tamol 850 454 c.c. 五硼酸アンモニウム 68.1g グアガム 272 g PH 6.9(HClで調整)
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 少なくとも50重量%の還元性金属化合物粒
と、バインダーと、分散剤と、水とを具備する粘
弾性を有する成形体形成用組成物。 2 バインダーが15重量%以下、分散剤が1.5重
量%以下である特許請求の範囲第1項記載の組成
物。 3 バインダーが0.5〜5重量%、分散剤が0.1〜
1.5重量%である特許請求の範囲第2項記載の組
成物。 4 バインダーがカルボキシメチルセルロース、
グアガム、グアガム誘導体、アルギン酸塩および
これらの混合物から選れるものである特許請求の
範囲第1項記載の組成物。 5 分散剤が高分子電解質のナトリウム塩である
特許請求の範囲第1項記載の組成物。 6 金属化合物の量が60〜85%である特許請求の
範囲第1項記載の組成物。 7 金属化合物がFe、Co、Ni、Cu、Cr、Mn、
MoおよびWの酸化物、Cu、Mo、WおよびCrの
不溶解性の塩化物、Cu、Fe、Co、NiおよびMo
の硫化物、またはこれらの混合物である特許請求
の範囲第1項記載の組成物。 8 金属化合物がFe、Ni、Co、Crの酸化物およ
びこれらの混合物から選ばれるものである特許請
求の範囲第1項記載の組成物。 9 金属化合物が酸化鉄である特許請求の範囲第
1項記載の組成物。 10 金属化合物の平均粒径が6μ以下である特
許請求の範囲第1項記載の組成物。 11 金属化合物の25%以上がその平均粒径が
2.5以下である特許請求の範囲第1項記載の組成
物。 12 架橋剤をさらに含む特許請求の範囲第1項
記載の組成物。 13 架橋剤が五硼酸アンモニウムである特許請
求の範囲第1項記載の組成物。 14 組成物全体の粘度が1000ないし
1000000cpsである特許請求の範囲第1項記載の
組成物。 15 還元性金属化合物粒がFe、Co、Ni、Cu、
Cr、Mn、MoおよびWの酸化物、Cu、Mo、Wお
よびCrの不溶性塩化物、Cu、Fe、Co、Niおよび
Moの硫化物、又はこれらの混合物から選ばれる
ものであつて、これを60〜85重量%と、 バインダーがカルボキシメチルセルロース、グ
アガム、グアガム誘導体、アルギン酸塩、又はこ
れらの混合物から選ばれるものであつて、これを
0.5〜5重量%と、 分散剤が高分子電解質のナトリウム塩であつ
て、これを0.1〜1.5重量%と、 残部水と、 からなり、上記金属化合物は25%以上が平均粒径
2.5μ以下であり、全体の粘度が1000〜1000000セ
ンチポイズである特許請求の範囲第1項記載の成
形用組成物。 16 (a) 少なくとも50重量%の還元性金属化合
物粒と、バインダーと、分散剤と、水とからな
る粘弾性組成物から成形体をつくり、 (b) 該成形体を還元性雰囲気中で処理して金属化
合物を遊離金属に還元させ、 (c) 該成形体を焼成して高密度化する、 工程を具備してなることを特徴とする高密度金属
成形体の製造方法。 17 バインダーの量が15重量%以下、分散剤の
量が1.5重量%以下である特許請求の範囲第16
項記載の製造方法。 18 バインダー量が0.5〜1.5重量%、分散剤量
が0.1〜1.5重量%である特許請求の範囲第16項
記載の製造方法。 19 バインダーがカルボキシメチルセルロー
ス、グアガム、グアガム誘導体、アルギン酸塩お
よびこれらの混合物から選ばれるものである特許
請求の範囲第16項記載の製造方法。 20 還元性金属化合物の含量が60〜85%である
特許請求の範囲第16項記載の製造方法。 21 金属化合物がFe、Co、Ni、Cu、Cr、
Mn、MoおよびWの酸化物、Cu、Fe、Co、Niお
よびMoの硫化物、およびこれらの混合物のうち
から選ばれるものである特許請求の範囲第16項
記載の製造方法。 22 金属化合物がFe、Ni、Co、Crの酸化物、
およびこれらの混合物から選ばれるものである特
許請求の範囲第16項記載の製造方法。 23 金属化合物が酸化鉄である特許請求の範囲
第16項記載の製造方法。 24 バインダーが架橋性のものであつて、ま
た、組成物が架橋剤をさらに含むものである特許
請求の範囲第16項記載の製造方法。 25 成形体を還元雰囲気中に導入する前に架橋
させることを特徴とする特許請求の範囲第24項
記載の製造方法。 26 架橋工程が塩化鉄、塩化ニツケル、酢酸亜
鉛又はそれらの混合物を含有する液体浴を用いる
ものである特許請求の範囲第25項記載の製造方
法。 27 組成物の粘度が1000〜1000000センチポイ
ズである特許請求の範囲第16項記載の製造方
法。 28 バインダーが架橋性を有し、該成形体を還
元前に架橋させる工程を含むことを特徴とする特
許請求の範囲第16項記載の製造方法。 29 架橋工程が塩化鉄、塩化ニツケル、酢酸亜
鉛又はそれらの混合物を含有する液体浴を用いる
ものである特許請求の範囲第28項記載の製造方
法。 30 Fe、Co、Ni、Cu、Cr、Mn、MoおよびW
の酸化物、Cu、Mo、WおよびCrの不溶性塩化
物、Cu、Fe、Co、NiおよびMoの硫化物又はこ
れらの混合物から選ばれる還元性金属化合物60〜
85重量%と、 カルボキシメチルセルロース、グアガム、グア
ガム誘導体、アルギン酸塩、又はこれらの混合物
から選ばれるバインダー0.5〜5重量%と、 高分子電解質のナトリウム塩からなる分散剤
0.1〜1.5重量%と、残部水とを混合して粘度1000
〜1000000センチポイズの粘弾性組成物をつく
り、ついでこれを成形する工程と; 該成形体を還元させて金属化合物から遊離金属
を形成させる工程と; 該成形体を焼成して高密度金属製品を得る工程
と; を具備することを特徴とする特許請求の範囲第1
6項記載の高密度金属製品の製造方法。
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---|---|---|---|
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JPS5635702A JPS5635702A (en) | 1981-04-08 |
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-
1979
- 1979-06-25 US US06/052,010 patent/US4298383A/en not_active Expired - Lifetime
-
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