JPS62274003A - 粉末材料の焼結方法 - 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】 ３、発明の詳細な説明 本発明は粉末材料の焼結方法に関する。特に本発明は酸
化物の形及び（又は〕吸着された形で酸素を含有する粉
末材料を連続炉内で焼結する方法であって、存在する酸
素を第１予備焼結工程で還元しついで第２焼結工程で粉
末材料を凝集させる粉末材料の焼結方法に関する。

焼結操作は、通常、連続炉内で制御され九＄囲気下で行
われる。一方において合成雰囲気（ｓｙｎ　ｔ−ｈｅｔ
ｉｃ　ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ）の流″４は制御がより容
易であるという理由から、また、他方において合成雰囲
気の組成は焼結法の特徴に従って変更し得るという理由
から、これらの焼結炉においては発熱発生炉（ｅｘｏｔ
ｈｅｒｍｉｃ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　）又はアンモニア
分屏炉で生成する雰囲気の代りに、窒素から主としてな
る雰囲気がますます使用されつつある。更に、発熱発生
炉では露点の変動が大きく、また、加熱炉の雰囲気にお
いては該雰囲気の還元特性を保持しかつ粉末材料又はそ
の支持体（その上で粉末材料を焼結させる）の酸化を回
避するために多量の水素を必要とする。

熱処理炉中の保護雰囲気の他の機能は炉の臨界的な帯域
への空気の流入を抑制して酸化を防止する正の圧力を炉
内に生せしめることである。最近使用されている保護雰
囲気は窒素のごとき不活性ガスと水素及び（又は）−酸
化炭素のごとき酸化物を還元することのできる反応剤ガ
ス（ｒｅ　ａｇｅｎ　ｔｇａｓ　）とを含有している。

大部分の金属粉末はその製造条件と製造後の貯蔵とに起
因する酸化物を含有している。従って熱処理雰囲気はこ
れらの酸化物を還元することのできるものでなければな
らない。この条件は、酸化物の層は焼結を阻害するとい
う理由で重要である。

従って雰囲気の組成は表面酸化物と粉末材料中に含有さ
れている遊離の酸素の還元を行うのに：ａ合させなけれ
ばならない。

しかしながら、発熱発生炉から生ずる雰囲気に対する合
成雰囲気の周知の利点も、該合成雰囲気がより高価であ
ることを考慮に入れた場合にはしばしば不十分であるこ
とが認められ得る。

しかるに、本発明者は予備焼結操作と焼結操作とについ
て同一の雰囲気及び（又は）同一の流率の雰囲気を使用
する必要はないこと、及び、このことは予備焼結炉雰囲
気と焼結炉雰囲気を生成させるのに発生炉を使用した場
合には達成し得ないことを知見した。

予備焼結工程は、特に種々の粉末粒子の間にバインダー
が存在しない場合、粉末中に存在する酸化物を還元する
こと及び、通常、粉末の層中に存在する酸素を還元する
こと番目的とする。従って、雰囲気は所要の還元性を有
していなければならない。

焼結工程は、特に、粒子間の凝集を増大させること及び
焼結を別個の支持体上で行った場合には、粒子と支持体
の間の界面での拡散を増大させることを目的とする。こ
の焼結工程も熱帯域への空気の流入と粉末の焼結を阻害
する粉末の酸化とを防止する、還元性を有する雰囲気を
必登とするうこのような分析に基づいて、予備焼結工程
は、焼結法において所要の品質の焼結について製造ライ
ンの生産性を決定する工程であることが認められた。

本発明の方法によれば、予備焼結炉内の合成ガスの全流
量を加熱炉内の粉末材料の供給速度の関数として決定し
得る；この供給速度は予備焼結炉と焼結炉とについて同
一である。

本発明の方ｌＳ！ｉ−は、予備焼結工程を下記の式：（
式中、 ！３ｐ　＝　ｍ　　で表わした、焼結すべき粉末材料の
１−の断面ｆｔ： Ｄｐ　＝　Ｋｑ／ｍ３で表わした、粉末材料の容積当り
の重′ｊＩｋ： Ｘ（Ｏ２）ｉ＝予備焼結工程前の粉末材料中に酸化物の
形及び（又は）吸着された形で含有 されている酸素のチ； Ｐ（Ｎ２）ｉ＝炉中に導入されるガス中の水素の容量チ
； Ｐ（Ｎ２）ｆ＝酸化物が完全に還元された場所での炉中
の雰囲気中の水素の最小容ｆ％； Ｖ３＝ｍ／時で表わした炉中の粉末材料の供給速度； α＝常数； Ｆ□　＝＋　ｎシン時〕 で表わされる流率Ｆｏ　Ｋ等しいか又はこれより大きい
流率を有する水素及び中性ガスから主としてなる還元性
雰囲気下で行うことを特徴とする。

上記の式の全てのパラメーターは加熱炉及び焼結すべき
粉末に応じて決定される。

パラメーターＰ（Ｎ２）ｆは酸化物の完全な還元に対応
する加熱炉の帯域で測定される最小値である：雰囲気の
流率は酸化物の完全な還元及び所定の値に相当する焼結
と接着を行うのに十分である。

パラメーターＸ（Ｏ２）ｉ　は粉末混合物中の酸素の含
有量を測定するための通常の方法に従って測定される。

係数αは下記の方法で測定する：水素と窒素の雰囲気を
慣用の方法で、例えば発熱発生炉で慣用されている方法
で焼結炉に圧入する。圧入されたガスに例えば５容ｉｔ
−％のヘリウムのごとき”トレーサー”じｔｒａｃｅｒ
”）ガスを所与の時間、例えば１０分間添加する。加熱
炉から逃散するガス中のヘリウムの含有量と時間の関係
を加熱炉の入口と出口で記録する。加熱炉の入口と出口
での時間の関数としてのこのヘリウム含有ψをＭｇして
、それぞれ、（Ｈｅ）ｉ及び（Ｈｅ）Ｏとする。係数α
ば（Ｈｅ）ｉ／　（（Ｈｅ）ｉ　＋　（Ｈｅ）ｏ）に等
しい。

焼結すべき粉末材料が加熱炉のコンベアベルト上に相互
に並行して配列されている小片の形である場合には、Ｓ
ｐは加熱炉のコンベアベルトに垂直な平面における、小
片の平均断面積を表わす。

本発明の実施例を以下に示す。

実施例１ 支持体として使用される炭素鋼シート上に７３−の銅、
２３％の鉛及び４％の錫を含有する粉末の０．９！＋！
！の層を設けた。粉末を載せた支持体の巾は２００龍で
あシ、粉末の容積轟シの重量は５．２ｉ　／　ｍ’であ
シ、粉末中の酸素の割合は０．２％であった。

上記炭素鋼シートを速度Ｖｓ　で加熱炉に通送した：こ
の加熱炉は長さ３０ち、温度８２０’Ｃの予備焼結炉に
よ多構成され、その出口において炭素鋼シートと粉末は
２本の鋼製ロールの間で圧延されついで焼結炉（長さ３
０ｆ１．、温度８２０’Ｃ）中に導入した。予備焼結炉
と焼結炉は各々、長さｌ　Ｑ　ｎｓの冷却帯域〔水冷ジ
ャケット型〕を有する。

雰囲気は熱帯域と冷却帯域の間の連結部付近で予備焼結
炉と焼結炉とに圧入した。

１０％の水素と９０チの窒素を含有する雰囲気を予備焼
結炉に導入した。

予備焼結炉において３０ｔＩＡ３／時の流率を使用して
、前記した方法によりＰ　（Ｎ２　）　ｆを測定した。

その測定値は２．８％であった。係数αは３０％と′６
４１ｊ定された。

前記の式を適用することによりつぎの（［が得られた： 操作の速度を可能な限り増大させるために、１０容憧チ
のＮ２と９０容倉チのＮ２を含有する雰囲気の流率を３
０！＋４５／時に保持した。

５．９　Ｘ　３０　＝　ｘ７７ｔ１１／時以下に保持し
ておく必要のある焼結速度が得られた。

この速度より僅かに低い速度（約１６０ｆｆ＋／時）を
採用することにより、予備焼結炉と焼結炉の両者につい
て、但し、約１１９ｍ／時の粉末材料の供給速度を用い
て、１０％の水素、８％Ｃｏ、６％のｃｏ２及び７６％
のＮ２を含有する雰囲気を３９　ｍ３７時の割合で発生
する発熱発生炉の使用によって得られるものと同一の、
所定の焼結品質を有する材料が得られることを確認した
。従って、本発明による方法における速度の増加は約５
０％である。

しかしながら、僅か５％のＮ２と９５チのＮ２とを含有
する混合物を用いることにより焼結炉内のガス流率を約
１５　ｎＩ’／時の値まで減少させしかも同−の焼結品
質の材料を得ることができることも認められた。

本発明の方法によれば焼結炉内で焼結速度を増大させる
こと（一定のガス流率〈ついて）又はガス流率を減少さ
せること（一定の焼結速度について）が可能であるばか
りでなしに、より少量の水素を含有する雰囲気を使用し
て、焼結炉内のガス流を減少させることが可能であり、
このことにより、全体として、生産コストが大巾だ低減
する。

得られたバンドは自己潤滑性軸受ブツシュとして使用し
得る。

実施例２ 支持体として使用される予備ニッケル被覆（ｐｒｅ−ｎ
ｉｃｋｅｌｅｄ　）炭素鋼シート上に０．７ｍのニッケ
ル粉末の層を設けた。

粉末を載せた支持体の巾は１５０ｍであシ、粉末の容績
尚シの重量は０．８　ｔ／ｍ３であり、粉末中の酸素の
割合は０．１８％であった。

上記バンドを１０４０”Ｃの温度を有する長さ４鶴の熱
帯域及び水冷ジャケット型冷帯域により構成される炉内
を速度ｖ８で通過させた。

雰囲気は熱帯域と冷帯域との間の連結部と冷帯域の端部
から炉中に圧入した。この雰囲気は、１０チの水素と９
０％の窒素から構成されていた。

予備焼結炉において６ｎ−７時の流率を使用して、前記
した方法によＦ）　Ｐ（Ｎ２）ｆを測定した。その測定
値は７．５チであった。係数αは２０％と測定された。

前記の式を適用するととによりつぎの値が得られた： 操作の速度を可能な限シ増大させるために、１０容量チ
のＮ２と９０容１％のＮ２を含有する雰囲気について６
−７時の流率を保持した。

２３．６　ｘ　６　＝　１４１惰／時以下に保持してお
く必要のある焼結速度が得られた。

この速度より僅かに低い速度（約１２０．４７時）を採
用することにより、約８０　ｍ／時の粉末材料の供給速
度について、ｔｏ％の水素及び９０％のＮ２を含有する
雰囲気を６　ｔｌ＆”７時の割合でアンモニア分解炉−
バーナーの使用によって得られるものと同一の、所定の
焼結品質を有する材料が得られた。

かかるバンドはアルカリバッテリーの多孔質電極として
使用される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、酸化物の形及び（又は）吸着された形で酸素を含有
   する粉末材料を連続炉内で焼結する方法であつて、存在
   する酸素を第１予備焼結工程で還元しついで第２焼結工
   程で粉末材料を凝集させる粉末材料の焼結方法において
   、予備焼結工程を下記の式： Ｆ＿Ｇ＝｛（１．４×Ｓ＿Ｐ×Ｄ＿Ｐ）／［Ｐ（Ｈ＿２
   ）ｉ−Ｐ（Ｈ＿２）ｆ］｝×｛［Ｘ（Ｏ＿２）ｉ］／α
   ｝×Ｖ＿Ｓ（式中、 Ｓ＿Ｐ＝ｍ＾２で表わした、焼結すべき粉末材料の層の
   断面積； Ｄ＿Ｐ＝Ｋｇ／ｍ＾３で表わした、粉末材料の容積当り
   の重量； Ｘ（Ｏ＿２）ｉ＝予備焼結工程前の粉末材料中に酸化物
   の形及び（又は）吸着された形で含有 されている酸素の％； Ｐ（Ｈ＿２）ｉ＝炉中に導入されるガス中の水素の容量
   ％； Ｐ（Ｈ＿２）ｆ＝酸化物が完全に還元された場所での炉
   中の雰囲気中の水素の最小容量％； Ｖ＿Ｓ＝ｍ／時で表わした炉中の粉末材料の供給速度； α＝常数； Ｆ＿Ｇ＝ｍ＾３／時） で表わされる流率Ｆ＿Ｇに等しいか又はこれより大きい
   流率を有する水素及び中性ガスから主としてなる還元性
   雰囲気下で行うことを特徴とする、粉末材料の焼結方法
   。 ２、粉末材料は金属酸化物の１種又はそれ以上からなる
   、特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３、粉末材料は金属の１種又はそれ以上からなる、特許
   請求の範囲第１項記載の方法。 ４、粉末材料は金属支持体上で焼結する、特許請求の範
   囲第１項〜第３項のいずれかに記載の方法。 ５、焼結炉内で生成する雰囲気は、水素と中性ガスを含
   有する雰囲気であつてかつその水素の濃度が予備焼結炉
   内の雰囲気中の水素の濃度より小さい雰囲気である、特
   許請求の範囲第１項〜第４項のいずれかに記載の方法。