JPS62109903A

JPS62109903A - 粉末のプレス充填法

Info

Publication number: JPS62109903A
Application number: JP24986685A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Minamide; 南出　俊幸; Hiroyuki Morimoto; 森本　啓之; Kenichiro Ouchi; 大内　権一郎; Masahiro Tsukuda; 筑田　昌宏
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1985-11-06
Filing date: 1985-11-06
Publication date: 1987-05-21

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】（産業上の利用分野）本発明は、金属粉末あるいはセラミックス粒子等（セラ
ミックス短繊維、セラミックスウィスカ、セラミックス
粒子等）と金属粉末の混合粉末の真空中でのプレス充填
法に関する。

（従来の技術）近年、粉末冶金法は、急冷凝固粉末を利用するので凝固
組織が微細になり、溶質（合金成分）の固溶範囲が広が
るため強度等の性能が改善されるという従来の溶解鋳造
法では得られない優れた特性が得られるため、その研究
が活発化している。

また、新素材として注目されているセラミックス粒子あ
るいはセラミックス繊維強化金属複合材料を粉末冶金法
により製造する研究も行われている。

粉末冶金法による金属製品あるいは複合材料の代表的な
製造方法は、（ｉ）ホットプレス法（ＨＰ）、　（１１
）真空ホットプレス法（真空ＨＰ）、（市）熱間静水圧
プレス法（ＨＩ　Ｐ）、（ｉｖ）熱間押出法がある。

ところで、ボイドのない健全材を得るためには、上記方
法において、粉末体に含まれる空気及び粉末表面の吸着
ガスを十分除去した後、あるいは除去しつ＼粉末を加圧
成形しなければならない。この空気及び吸着ガスの除去
方法は、従来（イ）：加圧成形中にラムと容器の隙間か
ら自然脱気に頼る方法がとられてきた。しかし前記方法
とは別に、（ロ）：加圧成形前に粉末を容器にタップ充
填後、真空脱気する方法や、（ハ）：加圧形成前に粉末
をカプセルに加圧充填、例えばプレス充填後、真空脱気
する方法が考えられる。

（発明が解決しようとする問題点）上記の空気及び吸着ガスの除去方法の中で、（イ）の方
法は自然脱気に頼っているため健全材が得がたく、（ロ
）の方法は比較的粉末充填密度が小さいので、真空脱気
は容易と考えられるが、最終成形製品の形状が小さくな
る欠点がある。更に（ハ）の方法はカプセルの粉末の充
填密度を大きく　（真密度の６５％以上）しなければな
らないので、真空脱気は困難である。

特に上記（ハ）の方法において、粉末をカプセル内にプ
レス充填した場合、真空脱気は困難である。すなわち粉
末をカプセルにプレス充填することにより、粉末同志が
密着し、大気中で行っているため密着した粒子間に空気
が閉じ込められ、このような場合、粉末充填後に真空脱
気を行っても、閉し込められた空気は脱気され得ず、従
って加圧成形後にボイドの多数存在する材料しか得られ
ない。

（問題点を解決するための手段）本発明は上記問題点を解決し、簡便な方法でありながら
、ボイドの形成されない健全材を得ることを目的とし、
この目的達成のための手段として、粒径１００μｍ以下
の微細な金属粉末あるいはセラミックス粒子等と上記金
属粉末の混合粉末を、真空雰囲気中でカプセル内にプレ
ス充填するという構成を採用した。

（実施例）以下、第１図〜第４図の本発明方法に実施する装置を用
いて、各方法を順次説明する。

第１図は本発明の第１実施例を示し、カプセル受板１５
を真空チャンバー１２の底板１６にセットし、カプセル
１３をカプセル受板１５にセットし、カプセル１３に適
量の粉末（圧粉成形体）を入れ、ラム１１をセットした
真空チャンバー１２を底板１６にセットし、真空排気口
１７に真空ポンプ（図示省略）を接続し、真空チャンバ
ー１２内を真空排気する。こうして十分真空排気を行っ
た後、ラム１１により粉末１４をプレス充填する。そし
て真空チャンバー１２内をリークし、真空チャンバー１
２を取り外す。以下、カプセル１３に適量の粉末１４が
プレス充填されるまで前記の作業を繰り返す。次に粉末
のカプセル１３へのプレス充填が終了した後、脱気管の
付いたカプセル上ぶたをカプセル１３に接合し、真空脱
気後に密封（溶接）する。その後ＨＩＰ、ＨＰあるいは
熱間押出にて加圧成形し金属製品あるいは複合材料を得
る。なお、第１図において１８はＯリングである。

第２図は本発明の第２実施例を示す。同図の装置は通気
性のあるセラミックスの多孔質体２４をピストン２２の
底部に取り付けて、粉末２５を真空脱気しつつプレス充
填を行うものである。すなわち、まず粉末２５をカプセ
ル２３に入れ、続いてカプセル２３にピストン２２を入
れる。そして真空排気口２６より真空排気を行うと、粉
末体内の空気が脱気される。その後ピストン２２を加圧
してカプセル２３内にわ）末２５をプレス充填する。な
お、第２図において、２１はピストンヘッド、２７はＯ
リングである。

第３図は本発明の第３実施例を示し、前記第２実施例の
ものが、一方向から真空脱気しているのに対し、二方向
（上下方向）から真空脱気するもので、底の取り付けて
いないカプセル３３を通気性のあるセラミックスの多孔
質体３４を上部に取り付けたカプセル受台３６にセット
し、通気性のあるセラミックスの多孔質体３４を底部に
取り付けたピストン３２を用いて二方向から真空脱気し
つつ粉末３５をカプセル３３にプレス充填することによ
り、一層真空プレス充填の効果を高めることができる。

この装置は粉末高さが高くなる場合に有効である。

なお同図において３１はピストンヘッド、３７．３８は
真空排気口であり、３９はＯリングである。

以上の第２、第３実施例はいずれも粉末のカプセルへの
プレス充填が終了した後は、第１実施例と同様であり、
但し第２実施例の場合は、カプセル底板を接合する必要
がある。

第４図は第１実施例の方法をより効率化するため、サブ
真空チャンバーを取り付けた第４実施例であり、該サブ
真空チャンバーは第２、第３実施例のものにも適用でき
る。以下この第４実施例について説明すると、カプセル
受板４５を真空チャンバー底板４６にセットし、カプセ
ル４３をカプセル受板４５にセットし、そして、ラム４
１をセントした真空チャンバー４２を真空チャンバー底
板４６にセットし、真空排気口５２に真空ポンプを接続
し、真空チャンバー４２内を真空排気する。一方真空排
気口５３にも真空ポンプを接続する。次に粉末押棒５０
を引いて固定した後、サブ真空チャンバー４７内に適量
の粉末４８を入れる、このとき真空脱気が容易になるよ
うに粉末４８を加圧しないようにする。そしてサブ真空
チャンバー上板４９をセットし、サブ真空チャンバー４
７内を真空排気する。かくして十分真空排気を行った後
、仕切Ｖｉ５１を開いてサブ真空チャンバー４７内の粉
末４８をカプセル４３に入れる。粉末４８がつまる場合
は粉末押棒５０を用いてサブ真空チャンバー４７内の粉
末４８をカプセル４３に入れる。

カプセル４３に適量の粉末４４が入った後、仕切機５１
を閉じて、ラム４１により粉末４４をプレス充填する。

このとき真空チャンバー４２内は真空状態になっている
ので、圧粉体内に空気は閉し込められない。

サブ真空チャンバー４７内をリークし、サブ真空チャン
バー上板４９を取り外す。以下、カプセル４３に適量の
粉末４４がプレス充填されるまでの上記の作業を（り返
す。

粉末４４のカプセル４３へのプレス充填終了後、真空チ
ャンバー４２を真空チャンバー底板４６から取り外す。

そしてカプセル４３とカプセル受板４５から取り外して
、真空中でのプレス充填作業は終了する。

その後は、第１実施例と同様にして金属製品あるいは複
合材料を得る。

以上第１〜第４の実施例について述べたが、更に下記説
明を追記する。即ち真空中で粉末のカプセルへのプレス
充填が完了した後、カプセルを真空中で密封、例えば溶
接すれば、カプセル内に空気は残存せず健全材が得られ
る。粉末のカプセルへのプレス充填が完了した後、カプ
セルを大気雰囲気にもどすことにより、カプセルに入っ
た空気は、再び十分な時間をかけて真空脱気すれば除去
される。このとき、真空脱気を容易にするため、カプセ
ル内粉末の温度を上げて真空脱気すれば、脱気時間は短
縮される効果的な方法である。加えて真空中プレス充填
を行っているので、密着粒子間内に空気が閉じ込められ
ていないので、金属粉末の酸化を防止することができる
。

なお、本発明方法で使用する粉末として、セラミックス
粒子等と金属粉末の混合粉末の場合は、ボイドの無い製
品を得るには金属粉末が４０％以上含む必要がある。セ
ラミックス粒子が６０％以上ではボイドを防くことは出
来ない。

以下、本発明の実施例における■：光学顕微鏡組織と■
：引張特性を説明する。

■：光学顕微鏡組織セラミックス繊維（ＳｉＣウィスカ）と４４合金粉末の
混合粉末（ＳｉＣウィスカの体積率２０％）をカプセル
に真空中プレス充填（充填圧カフ００ｋｇｆ　／　ｃ＋
＋Ｉ）　シ・・・・・・（第１実施例及び第２実施例）
・・・・・・、真空脱気−密封後、ＨＩＰにより加圧成
形した複合材料の光学顕微鏡キ１１織を第５図ｔａ＋　
ｔｂ＋に示す。第５図（ａ＋は第１実施例、第５図（ｂ
ｌは第２実施例のものである。

一方、第６図に上記と同一の混合粉末をカプセルにて大
気中プレス充填（充填圧カフ００ｋｇｆ　／ｃｎｌ）　
　シ、・・・・・・（比較例）・・・・・・、真空脱気
−畜１４後、ＨＩＰにより加圧成形した複合材料の光学
顕微鏡組織を示す。

両図から明らかなように、本発明方法のものは、ボイド
のない健全材が得られる。

■：引張特性上記第１、第２実施例及び比較例により製造した複合材
料の引張特性を第７図に示す。

大気中プレス充填を行った比較例の複合材料は、ボイド
が引張特性に大きな影響を及ぼし、強度、耐力、弾性率
ともその値はバラツキが大きく、強度、耐力はマトリッ
クス合金の値より低く複合化の効果がみられない。一方
真空中プレス充填を行った第１実施例、第２実施例の複
合材は、充填方法（充填装置）による差はなく、強度、
耐力、弾性率ともその値はバラツキが小さく、マトリッ
クス合金の約１．５倍となり、健全な材料が製造できた
。

（発明の効果）本発明は、粒径１００μｍ以下の微細な金属粉末あるい
はセラミックス粒子等と上記金属粉末を、真空雰囲気中
でカプセル内にプレス充填するものであるから、そのプ
レス充填後に、ＨＩＰ、ＨＰあるいは熱間押出にて加工
成形して得られる金属製品あるいは複合材料はボイドの
形成されない健全材が得られるのであり、しかも本発明
方法の実施に当っては、その装置も簡単なものですみ、
その効果は著大である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明方法を実施するだめの装置であり、第１図
〜第４図は第１〜第４実施例を示す断面図、第５図（ａ
）は本発明第１実施例により得られた複合材料の光学顕
微鏡Ｍｉ織写真、第５図（ｂ）は同第２実柊例の同写真
、第６図Ｃよ大気中プレス充填を行つり：（比Ｉ鮫例）
の第５図同様の写真である。第７図−よ各（・Ｒ充填法
によシラ製造しｆこ複合材料の引張時性−である。１２、４２　　・・チ島ンハー、１３．２３．３３．４
３・・・カフ゛セル、１４．２５．３５．４８　　・粉
末、１７．２６．３７．３８．５２．５３・・・真空！
！）’　２　Ｄ、４７・・・４±ブ真空チヤンバー。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）粒径１００μｍ以下の微細な金属粉末あるいはセ
ラミックス粒子等と金属粉末の混合粉末を、真空雰囲気
中でカプセル内にプレス充填することを特徴とする粉末
のプレス充填法。
（２）粉末中の金属粒子は４０％以上であることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の粉末のプレス充填法
。
（３）真空雰囲気は１Ｔｏｒｒ以下であることを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の粉末のプレス充填法。
（４）真空チャンバーを用いて真空雰囲気中でカプセル
内に粉末をプレス充填することを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の粉末のプレス充填法。
（５）カプセル内の粉末をセラミックスの多孔質体を底
面に取り付けたピストンを用いて、一方向から真空脱気
しつつカプセル内に粉末をプレス充填することを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の粉末のプレス充填法。
（６）底面の取り付けていないカプセルに、セラミック
スの多孔質体を底面に取り付けたピストン及びセラミッ
クスの多孔質体を上面に取り付けたカプセル受台を用い
て二方向から真空脱気しつつカプセル内に粉末をプレス
充填することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
粉末のプレス充填法。
（７）最初にカプセル内に装入した混合粉末を真空プレ
ス充填後、さらに混合粉末を真空下で追加供給できるよ
うサブ真空チャンバーを用いることを特徴とする特許請
求の範囲第１項、第４項、第５項又は第６項記載の粉末
のプレス充填法。