JPS62274007A - アイソスタティック成形による粉材物体の製法 - 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、５’ｌ明の詳細な説明 本発明は粉末物！！１から予備成形された物体の等圧０
：結成形（１ｓＯ３ｔａｔｉｃ　ｐｒｅｓｓｉｎｌＪＪ
による粉末物質の物体の製造方法に関する。

予備成形した物体を、所望の高密度の焼結生成物を得る
ために、焼結温度において、等圧圧縮成形する場合には
該物体を、その場合に使用される、通常には気体である
圧縮媒質が該粉末物体中に浸透するのを防止することの
できる外被（ｃａｓｉｎｏ）中に封入する。該予備成形
物体上又はその周囲に種々の方法により被覆することの
できる粒状のガラスが外被として屡々使用される。次い
で該外被で被覆された予備成形物体を、ガラス粒子が該
予備成形物体の周囲に高密度の外被を形成するような温
度において、通常には減圧下に加熱する。予備成形物体
を後で等圧圧縮成形中に高められた温度における加圧に
供される場合、予備成形物体の気孔内に浸透し、かつ／
又は該予備成形物体」−の薄い被覆部分と反応する外被
中のガラスに起因する問題が通常には生ずる。このよう
な結果を防止スルタメニ粉末物体を障壁層（ｂａｒｒｉ
ｅｒ　１ａｙｅｒ　）によって囲むことができる。この
ような障壁層は粉末窒化ホウ素により構成し１ξするこ
とが知られている。窒化ホウ素は障壁層における材料と
して好適である。なぜならば窒化ホ・り素は等圧圧縮成
形によって物体を製造するに当って使用される固体の、
Ｌ−ラミック材料及び金属材料と反応すφ傾向を殆んど
有しないからであり、しかも該窒化ホウ素の層は比較的
に軟かく、かつ比較的に低強度であるので容易に除去で
きるからである。しかしながら障壁層としての窒化ホウ
素の機能は、圧縮成形され、かつ焼結された最終生成物
の品質に対しがなりの要求がなされている場合において
は不十分であることが立証されている。この理由は、窒
化ホウ素の層は成る程度の多孔性を有し、そのため低粘
性ガラスの成る程度の通過が生ずるのを十分に効率的に
阻止することができず、しかもこのガラスが予備成形物
体における気孔内に浸透すること、及び／又は１該予ｖ
ｒ４成形物体の表面において反応することを防止するこ
とができず、そのため粉末物体中におけるガラスの存在
、又は予備成形物体中におけるガラスとＪＭ料との反応
生成物の存在によって該粉末物体の品質が低下するから
である。

ｉ！解ガラスの浸透に完全に耐え、あるいはいずれにせ
よ融解ガラスの浸透を最小化して、浸透による損失を排
除し、又は最小直に減少させ、かつ予備成形物体におけ
る材料と反応する傾向を殆んど有せず、そして更には低
い強度を有し、そのため圧縮成形し焼結した最終生成物
から障壁層を容易に取り除くことのできる障壁層が得ら
れることが本発明により立証された。このことは本発明
にしたがい粉末窒化ホウ素の１Ｆ１又はそれ以上の層、
及び粉末窒化ホウ素と、外被中における融解ガラスに接
触した際に窒化ホウ素含有層をガラスに、より強、囚に
結合させる能力を有する粉末物質との混合物の１層又は
それ以上の層の組合せにより行われる。

更に詳しくは本発明は、ガラス、又は加熱の際にガラス
を形成する物質の外被（ＣａＳｉｎＱ）を有する予備成
形物体を提供し：粉末窒化ホウ素を含有し、外被から該
予備成形物体内への融解状態のガラスの浸透を妨げる障
壁層を該外被の内側の予備成形物体上に配置し；次いで
該ガラスの外被を等圧圧縮成形を行う以前に加熱するこ
とによりガスに対して不浸透性とし、この間に該予備成
形物体を焼結することを含んで成る、粉末物質から予備
成形された物体の、気体媒質による均衡圧縮成形により
粉末物質物体を製造する方法において２、該障壁層が少
なくとち２層の、粉末窒化ホウ素含有層より構成され、
その１層は少なくとも実質的に窒化ホウ素より成り、１
層は粉末窒化ホウ素と、外被からの融通状態のガラスに
接触する際に窒化ホウ素含有層を外被中の融通ガラスに
対し、より一層堅固に結合さける能力を有する粉末添加
物質との混合物より成ることを特徴とする前記方法に関
する。

該窒化ホウ素は市販の品質の窒化ホウ素より成ることが
できる。このような品質は酸化ホウ素の形態における若
干ａの酸素を含有する。少なくとも実質的に窒化ホウ素
より成る層中における窒化ホウ素中の異物質の含旦は、
好ましくは多くとも１０容楢％の出である。

好都合には添加物質は、外被中のｇ＆解状態のガラスと
接触する際に接触領域におけるガラスの粘度を増加させ
、それにより窒化ホウ素と添加物質との層を通って浸透
する該ガラスの能力を低下させる能力を有する物質より
成ることができる。このような態様において作用すると
思われる上記添加物質の例は炭化ケイ素、窒化ケイ素、
及び外被中のガラスよりも高い融点を有するガラスであ
る。

通常の工業的品質の炭化ケイ素及び窒化ケイ素の粒子は
二酸化ケイ素の形態におけるＩ’ｌｌ！ｉＸの若干Φを
含有する表面領域を有する。この性質が、融解ガラスに
よって湿潤される粒子であって、しかも溶解することな
く表面における上記ガラスと反応するような粒子を生じ
させて、これがガラスの粘度の増加をもたらすと思われ
る。酸化物含有表面を有する炭化ケイ素及び窒化ケイ素
以外の物質であって、類似の態様においてガラスと反応
することのできるものもまた添加ｖＡ質として使用する
ことができる。添加物質として使用づることのできるガ
ラスの種類の中で９６．７ｆｕｆｉＪｉ％の５１０２．
２．９重量％の８２０３及び０．４重量％のＡｌ２Ｏ３
を含有するガラス［バイコール（ｖｙｃｏｒ　、商？Ａ
）ｊ　、ならびに、もし外被中における物質として低融
点を有するガラスが使用されるならば下記に外被用とし
て例示する低融点型のもののような石英ガラスを挙げる
ことがＣきる。

外被からの低融点型の融解ガラスが障壁層中の高融点ガ
ラスと接触するに至った場合、低融点型ガラスの粘度は
著しく増加し、そのため障壁層の浸透が生じないか、又
は大いに妨げられる。Ｕ合物中における添加物質の容量
は該混合物中における窒化ホウ素及び添加物質の合計容
量の２０〜８０％、好ましくは３０〜７０％を構成する
ことが適当である。

窒化ホウ素及び添加物質の粒径は適当には０．１〜４５
μｍ、好ましくは０．１〜５μｍに相当する。特に好ま
しい粒径は０．３〜２μｍである。

少なくとも実質的に窒化ホウ素より成る層の厚さ、なら
びに窒化ホウ素と添加物質との混合物より成る層の厚さ
は適当には０．０５〜０．５Ｍ、好ましくは０．１〜０
．３ｍに相当する。

上記から明らかなように窒化ホウ素は、等圧圧縮成形に
よる物体の製造において使用することのできる大多数の
粉末物質に対して不活性である。

それ故、通常には窒化ホウ素のみの層を予備成形物体の
最も近くに配置し、窒化ホウ素と添加物質との、不活性
の程度が若干低いことのある混合物の層を最初に述べた
層の外側に配置する。通常には窒化ホウ素のみの層を最
後に述べた層の外側にも使用することが好適である。

成る場合、すなわち完成最終生成物の性質に対して大き
な要求がなされる場合には、窒化ホウ素のみの数層、例
えば３層又は４層、及び窒化ホウ素とそのほかの物質と
の詳合物の数層を、最初に述べた層と最後に述べた層と
を交互に配置して使用することが必要であることがある
。

窒化ホ１り素の層及び窒化ホウ素と添加物質との混合物
の層は、それぞれ子端成形物体を、できＩＩすればブチ
ルアクリレートのような結合剤を含有する、例えばアセ
トン、エタノール又はその他のアルコールのような溶媒
中における窒化ホ・り素又は窒化ホウ素と添加物質との
混合物のスラリー中に浸漬し、あるいは該スラリーを吹
き付け、次いで該予備成形物体を乾燥することにより達
成することができる。

物体を製造する原料の粉末物質はセラミック物質又は金
属物質を構成することが好ましい。本発明を適用するこ
とのできるセラミック物質の例としては窒化ケイ素（特
に、ガラスと反応することのできる酸化物を含有するな
らば）、酸化窒化ケイ素アルミニウム、窒化アルミニウ
ム、窒化チタン、窒化ジルコニウムのような窒化物類；
十分に安定化されたもの及び部分的に安定化されたもの
の両方の酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム及び酸化
マグネシウムのような金ｆｉＭ化物類；炭化ケイ素、炭
化ホウ素及び炭化チタンのような炭化物類ニホウ化チタ
ン、ホウ化ジルコニウムのようなホウ化物類：ならびに
上記物質の混合物を挙げることができる。

金属物質の例としては、とりわけて、例えば０．３３％
Ｃ，０，３０％Ｓｉ、０．４０％Ｍｎ、０．０１％Ｐ、
０．０１％Ｓ、２．８％Ｃｒ。

０．６％ＭＯを含有し、残部がＦｅである３％Ｃｒ−１
ｙｌｏ鋼、もしくは０．１８％Ｃ，０，２５％Ｓｉ、０
．６０％Ｍｎ、０．０１％Ｐ、０．０１％Ｓ、１１．５
％Ｏｒ、０．５％Ｎ１１０．５％Ｍｏ、０．３０％Ｖ、
０．２５％Ｎｂを含有し、残部がｌ”ｅである１２％Ｃ
ｒ−ＭＯ−Ｖ−Ｎｂ！１１のような鋼、すなわち鉄をベ
ースとする合金、又は１．２７％Ｃ１０，３％Ｓｔ、０
．３％Ｍｎ、６．４％Ｗ、５．Ｏ％Ｍｏ、３．１％Ｖ１
４．２％Ｃｒを含有し、残部がｌ：ｅである合金、又は
０．０３％Ｃ１１５％Ｃｒ、１７％Ｃｏ、５％ＭＯ１３
，５％Ｔｉ、４．４％八へ、０．０３％Ｂを含有し残部
がＮｉである合金のようなニッケルをベースとする合金
、又は０．０６％Ｃ１１２％ｃｒ、１７％Ｃｏ、３％Ｍ
Ｏ１０，０６％Ｚｒ１４．７％Ｔｉ１５．３％ＡＩ、０
．０１４％Ｂ、１．０％■を含有し、残部がＮｉである
合金を挙げることができる。ここにおける１００分率は
ｒｒｊ、量１００分率に関する。

予備成形物体の周σｌの外被におけるガラスに使用し得
る物質の例としては８０．３ｆｆｉ１％ＳｉＯ，１２，
２ｉ１ｆｆｉ％Ｂ　　０　．２．８重量％ＡＩ　　Ｏ，
４，０ｆ層ｆｆｉ％Ｎａ２Ｏ，０，４重吊％に２０及び
０．３重量％ＣａＯを含有するがラス［バイレックス（
ｐｙｒｅｘ　）　、商標］のような低融点ガラス、史に
は５８＠ｒ％ＳｉＯ，９重は％ＢＯ，２０重槍％Ａ！２
０３．５単量％ＣａＯ及び８重囃％Ｍ、ＧＯを含有する
ケイ酸アルミニウム、ならびに例えばＳｉＯ、［３０。

Ａ１２０３、及び加熱の際にガラスを形成するアルカリ
土類金属酸化物及びアルカリ金属酸化物のような物質の
粒子の混合物を挙げることができる。

高焼結温度を有する物質用には、９６．７重量１％＋７
）Ｓ　ｉ　Ｏ，２，９＜ｕａｉ％ノ８２０３　及ヒ０．
４重■％のＡｊ！２０３を含有するガラス［バイコール
（Ｖｉｃｏｒ　）商標］のような高融点ガラス、更には
石英ガラス及び加熱の際にガラスを形成する、例えばＳ
ｉＯ及びＢ２Ｏ３のような粒子の混合物もまた使用する
ことができる。

セラミック物質又は金属物質の等圧圧縮成形及び焼結に
対する圧力及び温度は、勿論該物質の種類による。しか
しながら通常には圧力は少なくとも１００ＨＰａであり
、温度は少なくとも１０００℃であるべきである。

本発明を図面を参照して実施例により詳細に説明する。

図面において第１図は本発明にしたがって障壁層を設け
た予備成形物体の概略図であり、第２図はガラス外被中
に配置された縮尺の同一の予備成形物体を示す。

実施例 粒径０．１〜２μｍを有する酸化アルミニウムを、生成
される予備成形物体とほぼ同一の形状の、例えば軟化ポ
リビニルクロリド又はゴムのようなプラスチック製のカ
プセルに入れた。該カプセルを密１′４シ、次いで該カ
プセルとその内容物とを室温のもとに５分間にねたり６
００ＨＰａにおいて成形に供した。完全に成形した後、
カプセルを取り　′除き、このようにして製造された物
体を機械加工して所望の形状とした。

機械加工後に得られ、第１図に示す予備成形粉末物体１
０は円筒形状を有する。９圧圧縮成形中に該粉末物体を
囲むガラス外被からのガラスの浸透を阻止するために該
粉末物体上に障壁層１１を設ける。障壁層１１は順に重
ねた５個の層１２゜１３．１４．１５及び１６から成っ
た。これらの層は第１図において非常に誇張した厚さで
示されている。層１２を施こすために粒径０．３〜２μ
面を有する窒化ホウ素４０重量％、ポリメチルメタクリ
レ−１３重量％及びアセトン５７重泊％を含有するスラ
リーを使用した。スラリーを、全表面が該スラリーの層
により′ｌｉｍされるように該物体上に吹き付けた。ア
セ１〜ンが蒸発した時、該層は０．２ｍｒｓの厚さを有
した。次いで窒化ホウ素１７重山％、炭化ケイ素２６重
量％、ブチルアクリレート３重量％及びイソプロパツー
ル５４手出％を含有するスラリーの層１３を、これもま
た吹付けによって施こした。乾燥後に、層１３は０．２
ｍの厚さを有した。層１３における窒化ホウ素と炭化ケ
イ素の合３１　ｍの中で窒化ホウ素が５０　容量％、炭
化ケイ素が５０容量％を構成した。層１３上に、層１２
ど同種の層１４を層１２と類似の方法で施こし、層１４
上に層１３と同種の層１５を層１３と類似の方法で施こ
し、次いで層１５上に層１２と同種の層１６を層１２と
類似の方法で施こした。層１２〜１６の合計厚さは層で
あった。

第２図において、施こされた障壁層１１を有する予備成
形物体１０に、黒鉛製ルツボ２０内に配置されたガラス
粒子塊の形態のガラスの外被１９を設けた。該黒鉛製ル
ツボの内側に剥Ｉ！１層２）を設けた。このようにして
該予備成形物体をガラス粒子塊１９中に埋めた。このガ
ラス粒子塊中のガラスは８０．８重準％のＳｉＯ，１２
，２重ｆｉ１％のＢＯ，８，２重量％のＡｌ２Ｏ３、４
，０十ｍ％のＮａ　　Ｏｌｏ、４＝１％のに２０及び０
．３ＩｉＴｈ％のＣａＯからなった。ルツボ２０をその
内容物と共に炉に入れ、炉中において障壁層１１中の結
合剤、すなわちアクリレートを減圧下に追い出し、この
間に温度を４００℃に連続的に上げ、次いでこの温度を
２〜３時間維持した。

次いでルツボ２０を内容物と共に高圧炉に入れた。

該高圧炉においては例えばアルゴンのようなガスを供給
することにより、必要な圧力を発生させることができ、
かつ慣用の加熱装置により必要な温度を１ｑることがで
きた。

まずルツボ２０を人気圧Ｆに１０００〜１２００℃の温
度に加熱して、ガラス外被が融解物を形成し、ガス不浸
透性となるようにした。次いで圧力を１５０ＨＰａに高
め、温度を１３００〜１４σ０℃に上げ、この状態を３
１１５間にわたって保った。

これにより酸化アルミニウムが焼結し、この間に理論値
の９９．９％の密度を有する物体が形成された。該物体
を冷ＵＩ　Ｌ、、カプセルを取り除いた時、障壁層１１
はスチールブラッシング（ｓｔｅｅｌｂｒｕｓｈｉｎｇ
）及びプラスチング（ｂｌｌｓｔｉｎ（１）により困１
１　ｆ、ｒ　＜除去することができた。

実施〃１２ 実施例１に記載の手順と同一手順を改良形態において使
用して、０．１８％Ｇ、０．２５％５ｉ、０、６０％１
ｙｊｎ、０．０１％Ｐ、０．　０１　％Ｓ、１１　、５
％Ｃｒ、０．５％Ｎｉ　　、０．５％ＭＯ１０，３０’
％、０．２５％Ｎｂを含有し、残ＷＩＳがＦｅであり、
８００μよりも小さい粒径を有する１２％Ｏｒ−Ｍｏ−
Ｖ−Ｎｂｍの物体を製造した。

しかしながら層１３及び１５において炭化ケイ素の代り
に同−容■の窒化ケイ素を使用した。そのほか、窒化ホ
ウ素のみを含む層１６は層１５」−に施し、層１３及び
１５と同種の層１７は層１６上に施し、次いで窒化ホウ
素のみを含有する廠１８を層１７上に施こした。この場
合、等圧圧縮成形は１２００℃の温度において行った。

実施例３ 層１３及び１５において炭化ケイ素の代りに高融点ガラ
スを使用した点を変えて実施例１に記載の方法と同一方
法において酸化アルミニウムの物体を製造した。したが
って、これらの層は等容量の窒化ホウ素と高融点ガラス
との混合物より成るしのであった。該ガラスは９６．７
重ω％のＳｉＯ，２，９重泊％の８２０３及び０．４重
涜％のＡｌ２Ｏ３より成ることがＣきた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による障壁層を設４プた予備成形物体の
概略図である。 第２図はガラス外被中に配置した上記予備成形物体の縮
尺図である。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガラス又は加熱の際にガラスを形成する物質の外
   被（１９）を有する予備成形物を提供し、粉末窒化ホウ
   素を含有して外被から該予備成形物体内への融解状態の
   ガラスの浸透を妨げる障壁層（１１）を該外被の内側の
   予備成形物体上に配置し、次いで該ガラスの外被を等圧
   圧縮成形を行う以前に加熱することによりガスに対して
   不浸透性とし、この間に該予備成形物体を焼結すること
   を含んで成る、粉末物質から予備成形された物体（１０
   ）を気体圧縮媒質により等圧圧縮成形することによる粉
   末物質物体の製造方法において、障壁層を少なくとも２
   層の、粉末窒化ホウ素を含有する層（１２、１３）によ
   り構成し、その１層（１２）は少なくとも実質的に窒化
   ホウ素より成り、１層（１３）は粉末窒化ホウ素と、外
   被からの融解状態のガラスと接触する際に窒化ホウ素含
   有層を外被中における融解ガラスに対し、より一層堅固
   に結合させる能力を有する粉末添加物質との混合物より
   成ることを特徴とする前記方法。
2. （２）添加物質が、外被中の融解ガラスと接触の際に接
   触領域におけるガラスの粘度を増加させる能力を有する
   物質より成る特許請求の範囲第１項記載の方法。
3. （３）添加物質が炭化ケイ素もしくは窒化ケイ素、又は
   外被中のガラスよりも高い融解温度を有するガラスより
   成る特許請求の範囲第１項または第２項のうち任意の１
   項記載の方法。
4. （４）少なくとも実質的に粉末窒化ホウ素より成る層（
   １２）を粉末窒化ホウ素と粉末添加物質との混合物より
   成る層（１３）の内側に配置する特許請求の範囲第１〜
   ３項のうち任意の１項記載の方法。
5. （５）障壁層（１１）が、少なくとも実質的に粉末窒化
   ホウ素より成る少なくとち二つの層（１２、１４）、及
   びそれらの間に配置され、粉末窒化ホウ素と粉末添加物
   質との混合物より成る層（１３）を含んで成る特許請求
   の範囲第１〜４項のうち任意の１項記載の方法。
6. （６）障壁層が、少なくとち実質的に粉末窒化ホウ素よ
   り成る三つの層（１２、１４、１６）、及び粉末窒化ホ
   ウ素と粉末添加物質との混合物より成り、しかも該少な
   くとも実質的に粉末窒化ホウ素より成る層の二つの間に
   それぞれ配置される二つの層（１３、１５）を含んで成
   る特許請求の範囲第１〜５項のうち任意の１項記載の方
   法。
7. （７）障壁層が、少なくとも実質的に粉末窒化ホウ素よ
   り成る四つの層（１２、１４、１６、１８）、及び粉末
   窒化ホウ素と粉末添加物質との混合物より成り、しかち
   該少なくとも実質的に粉末窒化ホウ素より成る層の二つ
   の間にそれぞれ配置される三つの層（１３、１５、１７
   ）を含んで成る特許請求の範囲第１〜６項のうち任意の
   １項記載の方法。