JPS63286503A - 粉末成形体の製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は焼結用の粉末成形体に関する。

（従来の技術） 金属粉末、セラミック粉末等の焼結用粉末を成形した後
、前記粉末同士を焼結して機械部品等の焼結体が製造さ
れる。

焼結体の後加工を省くには、焼結体を最終製品形状ある
いは最終製品形状に近くの形状にできるだけ形成してお
（ことが望ましく、それ故、焼結前の粉末成形体を最終
製品形状とほぼ相似形状に成形することが要求される。

このような粉末成形体の成形方法として好適なものにス
ラリー脱液法がある。この方法は、焼結用粉末とバイン
ダと水または有機溶剤とから構成されたスラリーを、型
内面の少なくとも一部にポーラス体を備えた成形型に注
入すると共に加圧し、スラリー中の液分をポーラス体を
介して絞り出して所期の形状に成形する方法である。す
なわち、この方法は成形型内面の一部を構成するポーラ
ス面からスラリー中の液分を脱液する方法であり、以下
、面脱液法という。

面脱液法は、焼結用粉末を有するスラリーが流動性に富
んでいるため、低圧で所期の形状に成形することができ
、また複雑形状でも容易に成形することができるという
利点がある。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、面脱液法を実施するために用いられる成
形型は、その内面の一部又は全部をポーラス体で形成し
なければならず、成形面における強度不足を招来し、ま
たコスト的にも高価であるという問題かある。更に、ポ
ーラス面の粗度が成形体表面に転写され、成形体の表面
平滑性が損なわれ、また離型が困難であるという問題が
ある。

本発明はかかる問題点に鑑みなされたもので、高価で特
殊な成形型を用いず、しかも良好な表面性状が容易に得
られる粉末成形体の製造方法を提供することを目的とす
る。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するためになされた本発明の製造方法は
、焼結用粉末の平均粒子径をｄとしたとき、スリット幅
Ｓが１０μＩ≦Ｓ≦３ｄとされた線状のスリットが形成
された成形型に焼結用粉末と有機バインダと水又は有機
溶剤とが混合されたスラリーを注入して加圧し、スラリ
ー中の液分を前記スリットから排出して脱液し、粉体同
士が接触すると共にバインダを介して固形化した成形体
を得ることを発明の構成とするものである。

（作　用） 成形型に注入されたスラリー中の液分は、スラリーの加
圧によって成形型に形成された線状のスリットから絞り
出される。この際、成形型には脱液用のスリットを形成
するだけでよいので、型材として通常使用される金属材
を使用することができる。

また、前記スリットの幅を所定の値に規定しているので
、スリットを成形型に容易に形成することができ、また
スラリー中の粉末が流出することなく、比較的低圧で容
易に脱液される。

スラリー中の液分が脱液されると、スラリー中の粉末同
士は接触し、バインダーを介して固形化され、所期の粉
末成形体が得られる。

この成形体の表面性状は成形型の内面形状により決定さ
れるが、本発明に使用する成形型は、その成形面を通常
の金型加工手段で容易に平滑に加工することができるの
で、表面性状の良好な粉末成形体が容易に得られる。

（実施例） 先ず、本発明に使用するスラリーについて説明する。

スラリーは、焼結用粉末と有機バインダと水又はアルコ
ール等の有機溶剤とが混合されて形成されたものである
。

焼結用粉末としては、各種金属粉末、セラミック粉末、
これらの混合粉末もしくはこれらと各種強化繊維の混合
粉末を使用することができる。強化繊維としては、炭素
繊維、ボロン繊維、セラミック　（ＳｉＣ，ＮｔＯｘ等
）ウィスカ等を例示することができる。

また、粉末の粒子径は、平均粒子径で数μ肩のものから
使用することができる。平均粒子径の下限は、後述する
成形型の線状スリットの幅から限定される。尚、通常、
金属粉末では、１０μ醜以上のものが各種市販されてお
り入手容易である。

ここに、平均粒子径とは、第３図に示すように粉末粒子
径と累積重量比との関係により定まる粒度分布において
、累積重量比の５０％に対応する粒子径ｄｍをいう。尚
、ある粒子径ｄ０に対応する累積重量比（χ）　Ｒ（１
は、試料粉末全重量を−。としたとき、ｄ０以下の粒子
の累積重量を−。とすると−。／−０×１００（χ）で
与えられる。上記粒度分布は、粒度分布測定機（例えば
、シーラス社製）により容易に測定される。

前記粉末に添加される有機バインダとしては、スラリー
液分である水又は有機溶剤に溶けるものを使用する。例
えば、アクリル樹脂′系、酢酸セルロース系、熱硬化性
樹脂系のものを適宜使用することができ、アクリル樹脂
系バインダの具体例として商品名「バインドセラムＷＡ
３２０Ｊ（三井東圧製）を例示することができる。

スラリーの組成は、使用する焼結用粉末の粒径によって
も異なるが、概ね、粉末１００重量部に対してバインダ
２〜５重量部、溶媒（水又は有機溶剤）８〜４０重量部
重量部上い。

次に、本発明に使用する成形型について説明する。前記
成形型として、焼結用粉末の平均粒子径をｄとしたとき
、スリットの幅Ｓが１０μｍ≦Ｓ≦３ｄとされた線状の
スリットが形成されたものが使用される。型の材質とし
ては、鋼材や合金鋼材等の通常の金型材を使用すればよ
く、特殊な材料は不要である。

スリット幅Ｓを１０μｍ以上とするのは、１０μｍ未満
のスリットを形成することは、通常の工業的機械加工手
段では困難であり、またコスト高の要因となるからであ
る。

一方、Ｓが３ｄ以下に制限されるのは、３ｄを越えると
粉末がスリットから流出し成形困難乃至不可能になるか
らである。

Ｓが３ｄまで開設可能な理由については次のように考え
られる。第４図（１１および（２）に示すように、成形
型１内に注入されたスラリー中の粉末２は、その粒子径
がＳより小さい場合、加圧によって、成形型１に形成さ
れたスリット３から流出しようとする。ところが、この
際、粒子はスリットの入口部乃至中途部でブリッジを組
むことになる。このとき、Ｓ＝αｄとした場合、α値を
１から増すとα＝３までは容易に粉体がブリッジを組み
粒子の流出が阻止されるが、α＝４以上になるとブリッ
ジが形成され難く、粒子はスリットから流出する結果と
なる。

成形型の具体例を第１図および第２図に示す。

第１図の成形型１１は、有底円筒状外型１２の内部底面
に底板１３が配設されており、上部開口には加圧プラン
ジャ１４が嵌着されている。前記外型１２は縦方向に適
宜分割されており、対向する分割面相互間にスリット（
図示省略）が形成されている。

また、外型１２内周面と底板１３外周面および加圧プラ
ンジャ１４外周面との間にスリット１５．１６が形成さ
れている。これらのスリット１５．１６は、成形室１７
から見れば線状に形成されている。１８は、成形室１７
に注入充填されたスラリーである。

第２図の成形型２１は、前型２２と後型２３とからなり
、加圧方向に対して直角方向に分割自在に構成されてい
る０両型の分割面相互間に所期形状の成形室２４および
スリット２５が形成されている。２６はスラリー供給装
置であり、その内部には加圧ピストン２７が備えられて
いる。

第１図の場合、成形型１１に注入されたスラリー１８は
、加圧プランジャ１４の押し込みによって加圧され、ス
ラリー中の液分は、成形型２１に形成されたスリット１
５．１６から排出される。

一方、第２図の場合、成形室２４内のスラリー２８は、
スラリー供給装置２６からスラリーが成形室２４内に更
に注入されることにより加圧される。

スラリーの加圧は、通常、３０〜１０００ｋｇ／ｃｄで
行われ、スラリー中め粉末同士が接触するまで加圧脱液
する。この状態になると、粉末同士は粒子間に存在する
、バインダを含んだ溶媒を介して固形化される。

尚、成形体において、粉末同士が接触していることは、
粉末同士を、焼結させる上での前提条件でもある。

ところで、加圧脱液によって成形された粉末成形体は、
成形型から取り出された後、適宜乾燥される。乾燥によ
って、粉末粒子間の溶媒は気化し、溶媒中のバインダは
ｔＭ縮ないし固化し、粒子の接着強度は向上する。これ
によって、成形体の取り扱い性は向上する。

尚、上記の乾燥は、成形後に行ってもよいが、スラリー
の加圧時に同時に行なうことも可能である。

この場合、乾燥のために加えられる温度は、溶媒の沸点
以上、望ましくは沸点温度より１０〜３０℃高温とする
のがよい。このような温度を与えることによって、短時
間で成形体中の溶媒を沸騰させ気化消失させることがで
きる。

このようにすると、取り出し後の乾燥工程を簡略化する
ことができる利点がある。

ところで、焼結用粉末として鉛、アルミニウムのような
塑性変形の容易な粉末は、比較的低圧の加圧によって粉
末同士がからまり合って、固形化し、成形される。従っ
て、鉄粉等の塑性変形のし難い粉末に対して、成形性、
粉末成形体の取扱い性は良好となる。

この場合、有機バインダおよび溶媒は、粉末同士が滑り
を生じて塑性変形するための潤滑剤的作用をなす。この
ため、粉末間の表面摩擦力が低下し、ＣＩＰ法、金型プ
レス法などによって、粉末を成形する場合に比べて、相
当低い圧力でも固形化が可能となる。

次に具体的実施例を掲げて説明する。

（１）　　第１表を示した種々の焼結用粉末を用いて、
同表に示したスラリーを調整した。スラリーの配合は、
粉末重量１００重量部に対するものである。バインダと
しては、既述の「バインドセラムＷＡ３２０Ｊを用い、
溶媒は水又はアルコールを用いた。

（２）　　（１）のスラリーを第１図に示す成形型に注
入した。成形型の内径はφ５０ｍｍであり、外型は２分
割構造とした。成形型のスリット幅（クリアランス）は
第１表に示した。スラリーを約２０ｍ深さ分注入した後
、加圧プランジャを嵌着し、この状態で予熱した。予熱
温度は、溶媒が水の場合９０℃、アルコール（沸点７６
℃）の場合６６℃とした。

（３）スラリーが注入充填され予熱された成形型を加圧
機に設置し、加熱しながら加圧した。成形圧力は第１表
に示した。加熱温度は、溶媒が水の場合１２０℃、アル
コールの場合９０℃とした。

加圧開始後約２０分で成形型内のスラリー中の溶媒の沸
騰は止み、圧力は安定した。この状態で更に１０分間、
加熱したまま所定の圧力をかけて保持した。

加圧開始から３０分後、加圧機から成形型を取り出して
冷却した後、成形型から粉末成形体を取り出した。成形
体が得られたものについては、これを完全に乾燥して、
相対密度（容積％）を測定した。

（４）成形の可否、相対密度を第１表に併せて記載した
。同表中、Ｏは成形可能、△は成形困難、×は成形不可
能を示す。

尚、成形体の乾燥前の相対密度と乾燥後の相対密度との
差は総ての試料について７％程度であった。

（５）　　第１表より、スリット幅（クリアランス）が
平均粒子径の３倍を越える比較例（隘６〜８）について
は成形が困難または不可能であったが、３倍以下の他の
実施例については成形体を得ることができた。

尚、得られた粉末成形体のうち、相対密度が比較的低い
隘２について焼結処理したところ、相対密度が６２．４
％まで向上し、焼結可能なことが確認された。焼結処理
は１３００℃まで７８ｒかけて昇温し、この温度でＩ　
Ｈｒ保持して行った。

（発明の効果） 以上説明した通り、本発明によれば、焼結用粉末が含有
されたスラリーを注入する成形型には、線状のスリット
を形成すれば足り、通常の金属製型材を任意に使用する
ことができる。それ故、成形型に強度不足を招来するこ
とがなく、また、通常の金型加工手段で成形面を平滑に
加工することができる。

従って、成形型にスラリーを注入して加圧し、スラリー
中の液分を前記スリットから排出して脱液することによ
り、表面性状が良好でかつ粉末同士が接触した粉末成形
体を容易に得ることができ、また成形型からの取り出し
も容易となる。

また、スリットは、その幅を所定の範囲に特定したので
、スリットの形成が容易であり、スラリー中の粉体の流
出を防止しつつ、比較的低圧でスラリー中の液分を容易
に排出することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明を実施するための成形型の
断面図、第３図は粉末の粒度分布を示すグラフ図、第４
図（１）および（２）はスリット近傍における粉末のブ
リッジ形成状態を示す断面説明図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）焼結用粉末の平均粒子径をｄとしたとき、スリッ
   ト幅Ｓが１０μｍ≦Ｓ≦３ｄとされた線状のスリットが
   形成された成形型に焼結用粉末と有機バインダと水又は
   有機溶剤とが混合されたスラリーを注入して加圧し、ス
   ラリー中の液分を前記スリットから排出して脱液し、粉
   体同士が接触すると共にバインダを介して固形化した成
   形体を得ることを特徴とする粉末成形体の製造方法。