JPS63166768A

JPS63166768A - 焼結性物質含有混合物の成形体の焼結方法

Info

Publication number: JPS63166768A
Application number: JP61216020A
Authority: JP
Inventors: 淳二武田; 牧　悦生; 竹村　憲二
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1986-09-16
Filing date: 1986-09-16
Publication date: 1988-07-09

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】の１本発明は射出成形法、押出成形法およびプレス成形など
の成形法によって成形された厚さが０．２〜５．０　ｍ
ｍである焼結性物質含有混合物の成形体の焼結方法に関
するものであり、脱脂時間および焼結時間を大幅に短縮
させるのみならず、焼結時に発生するフクレ、亀裂、さ
らに有害な変形などのない焼結性物質含有混合物の成形
体の焼結物を提供することを目的とするものである。

従沫ＪΣ皮蓋現在、アルミナ、炭化ケイ素、フェライト、チタン酸バ
リウム、チッ化ケイ素などのセラミックス材料およびニ
ッケル、チタン、鉄などの金属のそれぞれの粉末にポリ
ビニルアルコールなどの水溶性物質を数パーセント混合
させ、顆粒化した粉末をプレス法によって成形させて賦
形化した後、脱脂・焼結させるか、あるいはポリビニル
ブチラールなどの有機物質をトルエンなどの有機溶剤と
ともに混合し、ドクターブレード法によってシートを製
造し、このシートを乾燥させた後、打ち抜き型で打ち抜
き、脱脂・乾燥させることによって成形物を得ることが
一般に行なわれている。しかし、このような方法では、
三次元であり、かつ複雑な形状を有する成形物を得るこ
とはできなかった。最近では、複雑な三次元の形態を有
する成形物を得るために射出成形法によってグリーン体
・を得る方法が開発されている。この射出成形法で複雑
な形状を有するグリーン体を得るにはワックス、スチレ
ン系重合体、アクリル系重合体などの各種高分子重合体
の低重合物１０〜３０重量％を前記セラミックス物質ま
たは金属に混合させた混合物を射出成形機を使って金型
中に充填させることによって実施されている。このよう
にして得られたグリーン体を焼結するためには成形体の
賦形に使用した高分子物質や有機物質を除去する脱脂工
程が必要である。高分子物質、有機物質が除去された後
、焼結工程を経て焼結体を得ることができるが、従来の
プレス法、ドクターブレード法などの方法では、脱脂工
程において成形体にフクレ、亀裂、さらに有害な変形が
発生することもなく、かつ脱脂に要する時間も短時間で
ある。

しかしながら、射出成形法、押出成形法などの成形法に
よって得られた成形体は高分子物質や有機物質の含有量
が多いために脱脂工程が従来法に比較して大幅に長時間
要すること。さらに、脱脂工程中にグリーン体表面にフ
クレ、亀裂、さらに成形体が変形してしまうなどの問題
がある。

が　　じようと　る、　へ以上のことから、本発明はこれらの問題点（欠点）がな
く、すなわち射出成形法、押出成形法などによるグリー
ン体より効率よく、焼結体を製造するために脱脂工程を
短縮し、かつ脱脂時にフクレ、亀裂などの有害な変形を
発生させない方法によって製品を得ることである。

。　占　　・　　るための　　゛よび本発明にしたがえば、これの問題点は、厚さが０．２〜
５．０　ｆｆ１ｍである焼結性物質含有混合物の成形体
を圧力が１０Ｐａないし８Ｘ　１０’　Ｐａ（０，１〜
８００　ミリバール）および温度が２０〜３００℃の条
件で該成形体中のバインダーが５．０〜２０重量％未満
減少するまで処理させた後、焼結させることを特徴とす
る焼結性物質含有混合物の成形体の焼結方法、によって解決することができる。以下、本発明を具体的
に説明する。

本発明における焼結性物質含有混合物は木質的に下記の
焼結性物質とバインダーとからなる。

（Ａ）　　焼結性物質本発明の焼結性物質の融点、分解温度まは昇華点は通常
６００℃以上であり、１，０００℃以上が好ましく、特
に１　、４００℃以上が好適である。融点、分解温度ま
たは昇華点が６００℃未満の金属または無機化合物を焼
結性物質として使用すると、脱脂（か焼）時に有害な変
形やふくれを生じる。

また、平均粒径は０．１〜５００ミクロンである。

この平均粒径は焼結性物質の種類によって異なるが、金
属の場合では、通常１〜５００ミクロンであり、　１〜
３００ミクロンが望ましく、とりわけ　１〜２００　ミ
クロンが最適である。平均粒径が１ミクロン未満の金属
を用いると、混線が困難である。

一方、　５００ミクロンを越えた金属を使うならば、焼
結によって得られる成形物の機械的物性が低下する。ま
た、無機化合物の場合では、一般に０．１〜２００ミク
ロンであり、０．１〜１５０ミクロンが好ましく、特に
０．１〜１００ミクロンが好適である。平均粒径が０．
１ミクロン未満の無機化合物を使用すると、組成物を製
造するさいに混練時において無機化合物の均一の分散が
困難である。

一方、　２００ミクロンを越えた無機化合物を用いると
、組成物の成形物を焼結するさいに保形性が悪くなると
ともに、焼結後の密度が低下し、焼結体の機械的強度が
低下する。

本発明において焼結性物質として用いられる金属の代表
例としては、アルミニウム、鉄、銅、チタン、モリブデ
ン、ジルコニウム、コバルト、ニッケルおよびクロムの
ごとき金属ならびにこれらの金属を主成分（少なくとも
５０重量％）とする合金があげられる。これらの金属お
よび合金の粉末は軸受合金、快削鋼、耐熱材、耐摩耗材
などとして広く使われているものであり、通常粉末冶金
材料と云われているものである。また、無機化合物の代
表例としては、アルミナ、炭化珪素、窒化珪素、ジルコ
ニア、コージライト、タングステンカーバイド、窒化ア
ルミニウムなどのセラミックス材料があげられる。さら
に、焼結助剤として、ホウ素、ベリリウム、炭素、酸化
イツトリウム、酸化セリウム、酸化マグネシウム、酸化
リチウムなどを適宜少量（一般には、　１００重量部の
無機化合物に対して多くとも２０重量部）添加させても
よい。

（Ｂ）バインダーまた、バインダーとして使用可能な樹脂としては、エチ
レン系重合体、スチレン系重合体、プロピレン系重合体
、エチレン−酢酸ビニル共重合体、アルキル（炭素数　
６個以下）メタアクリレートを主成分（５０重量％以上
）とする重合体（たとえば、ポリメチルメタクリレート
、ポリエチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレー
ト）およびアルキル（炭素数　８個以下）アクリレート
を主成分（５０重量％以上）とする重合体（たとえば、
ポリメチルアクリレート、ポリエチルアクリレート、ポ
リブチルアクリレート）があげられる０以上において、
“系重合体゛′とは該モノマーの単独重合体および該モ
ノマーを主成分（少なくとも５０重量％）とし、他の七
ツマ−との共重合体を意味する。これらのバインダーの
数平均分子量〔蒸気浸透圧の法（ｖａｐｏｒ　ｐｒｅｓ
ｓｕｒｅｏｓｍｏｍｅｔｅｒ）法によって測定〕は通常
２０００ないし１０万であり、４０００以上のものが好
ましい。これらのバインダーはセラミックス材料と混合
して焼結物質を製造する分野において広く使われている
ものである。

（Ｃ）混合物の製造本発明の混合物を製造するにあたり、前記焼結性物質１
００重量部に対するバインダーの混合割合は一般には５
〜４０重量部であり、１０〜４０重量部が望ましく、と
りわけ１０〜３０重量部が好適である。

焼結性物質１００重量部に対するバインダーの混合割合
が５重量部未満では、混合物の混練性、成形性および分
散性が悪いばかりでなく、均一な混合物を製造すること
が困難であり、たとえ均一な混合物が得られたとしても
、良好なグリーン体を得ることができない。一方、４０
重量部を越えると、グリーン体物性（強度、保形性）は
よいが、脱バインダー後の密度が低く、さらに焼結しに
くい。

さらに、必要に応じて、脂肪酸アミド、脂肪酸またはそ
のエステル、脂肪族アルコール、フタル酸エステル、脂
肪族エーテル、パラフィンワックス、シラン系またはチ
タネート系カップリング剤などのハロゲンを含有しない
加工助剤を添加することができる。このさい、加工助剤
の添加量は焼結性物質１００重量部に対して多くとも２
０重量部であり、特に１０重量部以下が好ましい。

以上の焼結性物質とバインダーあるいはこれらと加工助
剤を均一に混合させることによって本発明の焼結性物質
含有混合物を製造することができる。混合方法としては
熱可塑性樹脂の分野において一般に使われているヘンシ
ェルミキサーのごとき混合機を用いてトライブレンドさ
せても製造することができるし、バンバリーミキサ−、
ニーグー、ロールミルおよびスクリュ一式押出機のごと
き混合機を使用して溶融混練させても得ることができる
。このさい、あらかじめトライブレンドし、得られる混
合物を溶融混練させることによって均−状の混合物を得
ることができる。この場合、一般には溶融混練させた後
ペレット状物に成形し、後記の成形に供する。

（Ｄ）成形法本発明の脱脂法に用いる焼結性物質含有混合物の成形体
は射出成形機、押出成形機、プレス成形機などを使って
混合物中のバインダーが溶融する温度であるが、バイン
ダーが分解しない温度で成形させることによって得られ
る。成形温度は焼結性物質含有混合物中のバインダーの
種類によって限定することができないが、一般には７０
〜３００℃である。得られた各種の形状の焼結性物質含
有混合物の成形体は後記の脱脂に供せられる。

このようにして得られる成形体の厚さは０．２〜５．０
　ａｍであり、　０．２〜４．Ｏｆｆ１ｍが好ましく、
特に０．２〜３．０　ａｍが好適である。この成形体の
厚さが５．０ｍｍを越えるならば、後記の脱脂を行なっ
た後、焼結した場合、得られる成形体の表面にフクレが
発生したり、亀裂が発生する。

該成形体の形状としては、板状、棒状、箱状、パイプ状
、円柱状、円筒状などがあげられる。

（Ｅ）脱脂工程本発明の脱脂工程を実施するにあたり、圧力は１ＯＰａ
ないし８×１０４Ｐａであり、ＩＱＯＰａないし７Ｘ　
１０’　Ｐａが好ましく、特にｌＸ１０３Ｐａないし５
×１０４Ｐａが好適である。この工程を１０Ｐａ未満で
実施すると、処理温度をいかに下げたとしても、成形体
の表面にフクレが発生する。一方、　８Ｘ　１０’Ｐａ
を越えて行なうと、処理温度を下げ、処理時間を大幅に
延長させることをしない限りは、成形体の表面にフクレ
が発生したり、亀裂が発生する。

また、処理温度は２０〜３００℃であり、４０〜２５０
℃が望ましく、５０〜２３０℃が好適である。処理温度
が２０℃より低い温度でこの処理を行なうと、成形体の
表面にフクレが発生する。一方、　３００℃より高い温
度で行なうならば、この脱脂工程において成形体が変形
する。この脱脂工程で最高処理温度までの昇温速度は特
に限定されないが、一時間当り１０〜１００℃が一般的
である。さらに、昇温時までに減圧下においても、また
所定温度に到達した後、減圧を開始してもよい。

この脱脂工程を実施するにあたり、圧力と温度との関係
は特に限定されないが、温度が低い場合では、圧力を下
げる必要がある。一方、圧力が高い場合では、比較的に
高い温度で実施することが望まれる。

この脱脂工程において、成形体中のバインダーが５〜２
０重量％未満まで減少するまで、前記の圧力および温度
で処理することが重要である。短時間で処理させると、
成形体がフクレを生じたり、亀裂、変形が発生するため
に好ましくない。しかし、長時間にわたって行なうと、
工業的に望ましくない。したがって、一般にはこの処理
時間は０．１〜１０時間であり、　０．２〜５時間が好
適である。

本発明の脱脂工程において、２．５Ｘ　１０’　Ｐａな
いし４．ＯＸ　ｔｏ’　Ｐａの圧力で、１２０〜１８０
℃の温度で０．５〜２時間処理することが好適である。

以上の脱脂工程は、不活性ガス（たとえば、窒素ガス）
中で行なってもよく、酸素や空気中で実施してもよい。

このようにして脱脂された成形体を直接に焼結させるこ
とにより、成形体の表面にフクレ、亀裂、変形などの有
害な変形を発生せず、しかも焼結ばかりでなく、脱脂の
時間を大幅に短縮させる、　ことができる。

（Ｆ）焼結工程このようにして脱脂された成形体は一般に行なわれてい
る方法に従って焼結される。アルミナなどの酸化物系は
空気中で５００〜１７００℃の温度範囲でそれぞれの焼
結性物質の種類によって決められた温度で焼結される。

また、窒化珪素、炭化珪素などの非酸化物は窒素、アル
ゴンなどの雰囲気中で１５００〜２５００℃の温度範囲
で、やはり焼結性物質の種類によって矩められた温度で
焼結される。

び以下、実施例によって本発明をさらにくわしく説明する
。

実施例　１〜６、比較例１〜６平均粒径が２．０　ｐ、　ｍであるアルミナおよび平均
粒径が０．Ｅｔｇｍである炭化ケイ素を焼結性物質とし
て使った・第１表に示されているこれらの焼結性物質をそれぞれ８
０重量部、数平均分子量が約３５万であるポリアクリル
酸メチル１０重量部、２．０重量部のジブチルフタレー
トおよび１．０重量部のステアリン酸をあらかじめヘン
シェルミキサーを用いて５分間トライブレンドを行なっ
た。得られた各混合物を二軸押出機（径　３０ｍｍ）を
使用して１２０℃の温度において混練させながら組成物
（ペレット）を製造した。得られた各ペレットを射出成
形機（型締圧　　１００トン）を使って１５０℃におい
て成形し、長さが１０ｈｍおよび幅が５ｈｍの板状の成
形体（厚さを第１表に示す）を製造した。

得られた各成形体を減圧炉に入れ、圧力および温度が第
１表に示されている条件下で第１表に示されている時間
減圧処理を行なった。脱脂された各成形体中の出発物質
であるバインダー（ポリアクリル酸メチル、ステアリン
酸、ジブチルフタレート）の減少量（脱脂量）を求めた
。それらの結果を第１表に示す。

このようにして得られた脱脂された成形体の外観は全実
施例および比較例４では、なんら異常を認めることがで
きなかった。しかし、比較例１ないし３ならびに比較例
５および６では、外観にふくれが発生した。

このようにして脱脂された各成形体を焼結炉に入れ、窒
素雰囲気下で１６００℃まで（ただし、実施例６および
比較例６では、アルゴン雰囲気下で２１００℃まで）昇
温速度が１０℃／時間で昇温させ、焼結を行なった。全
実施例で得られた焼結体は、すべてなんら異常を認める
ことができなかった。

しかし、全比較例で得られた焼結体は、すべてフクレお
よび亀裂が発生していた。

（以下余白）光」ＬＱ」１果本発明方法によれば下記のごとき効果（特徴）を発揮す
る。

（１）脱脂時間が大幅に短縮される。

（２）脱脂された成形体にふくれ、亀裂、変形などの発
生がない。

（３）複雑な形状を有する成形体であっても、上記のご
とき異常がなく脱脂することができる。

Claims

【特許請求の範囲】

厚さが０．２〜５．０ｍｍである焼結性物質含有混合物
の成形体を圧力が１０Ｐａないし８×１０＾４Ｐａおよ
び温度が２０〜３００℃の条件で該成形体中のバインダ
ーが５〜２０重量％未満減少するまで処理させた後、焼
結させることを特徴とする焼結性物質含有混合物の成形
体の焼結方法。