WO2006041118A1

WO2006041118A1 - 多孔質焼結体の製造方法、多孔質焼結成形材料及び多孔質焼結体

Info

Publication number: WO2006041118A1
Application number: PCT/JP2005/018850
Authority: WO
Inventors: Shigeo Tanaka; Shinji Ishida; Kazuaki Nishiyabu
Original assignee: Taisei Kogyo Co., Ltd.
Priority date: 2004-10-15
Filing date: 2005-10-13
Publication date: 2006-04-20
Also published as: EP1808243A1; US20160090327A1; US20090202821A1; US11819917B2; ES2738003T3; JPWO2006041118A1; US20190367419A1; EP1808243B1; EP1808243A4; JP5503838B2; US9272333B2

Abstract

　バインダと焼結可能な粉体材料と空孔形成材料とを含む焼結成形材料を所定形状に成形する成形工程Ｓ１０２と、上記成形工程において得られる成形体から上記バインダを除去する脱脂工程Ｓ１０３，Ｓ１０４，Ｓ１０５と、上記脱脂工程を終えた脱脂成形体を焼結して焼結体を形成する焼結工程Ｓ１０８とを含む多孔質焼結体の製造方法であって、上記バインダは上記空孔形成材料の消失温度より高い温度で消失する成分を含んで構成されており、上記脱脂工程において、上記バインダの一部を残留させた状態で上記空孔形成材料を消失させる。本願発明により、空孔率が大きく、また、形状及び寸法精度の高い多孔質焼結体を製造できる。また、従来にない機能をもった多孔質焼結体を製造できる。

Description

明細書

多孔質焼結体の製造方法、多孔質焼結成形材料及び多孔質焼結体技術分野

[0001] 本願発明は、多孔質焼結体の製造方法、多孔質焼結成形材料及び多孔質焼結体に関する。詳しくは、空孔率の高い多孔質焼結体を精度高く形成できる多孔質焼結体の製造方法等に関するものである。

背景技術

[0002] 内部に多数の空孔を備える多孔質焼結体力もなる製品が提供されている。これら製品として、フィルター、化学反応触媒、電極、熱交等が挙げられる。また、上記空孔に潤滑油等を保持させることにより、軸受材料として利用されるものも提供されている。

[0003] 上記多孔質焼結体を製造する方法として、铸造法、発泡法、メツキ法等が知られている。また、粉体状の焼結材料と加熱により消失する空孔形成材料とを混合して成形し、その後、加熱により空孔形成材料を消失させて空孔を形成し、次いで上記焼結材料を加熱焼結させて多孔質焼結体を形成するスペースホルダー法も利用されてヽる。

[0004] たとえば、特開 2001— 2271101号公報〖こは、スペースホルダー法を利用した焼結体の製造方法が開示されている。

[0005] 上記特許文献には、原料粉末と、有機バインダーと、上記有機バインダーの分解開始温度より高!ヽ分解開始温度を有する空孔形成材料とを含む組成物を用いて成形体を成形する工程と、上記有機バインダーを除去し、第 1の脱脂体を得る第 1の脱脂工程と、上記空孔形成材料を除去し、第 2の脱脂体を得る第 2の脱脂工程と、上記第 2の脱脂体を焼結して焼結体を得る工程とを有することを特徴とする焼結体の製造方法が開示されている。

[0006] 上記特許文献 1に記載された発明におヽては、上記有機バインダーを先に消失させることにより、上記空孔形成材料を消失させる経路を確保できると記載されて、る。

[0007] 上記特許文献に記載されている焼結体の製造方法においては、まず、第 1の脱脂工程において、バインダーの大部分が消失させられる。次いで、第 1の脱脂体をさらに加熱することにより、上記空孔形成材料を消失させる。したがって、上記空孔形成材料が消失する時点ではバインダーは全く存在しないことになる。

[0008] ところが、上記空孔形成材料は、一般に、上記バインダゃ焼結材料粒子に比べて寸法が大きい。一方、脱脂前の成形体においては、上記焼結材料粒子やバインダは、上記空孔形成材料の周囲を取り囲むように充填されている。すなわち、上記特許文献に記載された発明では、バインダが消失した後においては、上記焼結材料粒子は上記空孔形成材料に支持された状態で、上記空孔形成材料の周囲に存在している。この状態から、上記空孔形成材料を消失させると、上記空孔形成材料の周囲の焼結材料粒子が上記空孔形成材料が消失した空間内に落ち込んだり、空孔間の壁部が変形しやすい。この結果、脱脂工程において成形体が変形しやすぐ所要の寸法 •形状の焼結体を得ることが困難である。

[0009] 特に、空孔率の高い多孔質体を製作する場合、上記空孔周囲の焼結材料粒子からなる壁部が薄くなり、脱脂工程において変形等が生じて、所要の形状や大きさをもつた空孔を形成することが困難になる。さらに、所望の空孔率の焼結体を得ることもできなくなる。この結果、上記特許文献では、 50%以上の空孔率の多孔質焼結体を形成することはできない。

[0010] また、触媒等の機能をもった機能性粒子材料を焼結材料に混合して成形、焼結し、新たな機能を付加した多孔質焼結体が開発されてる。しかし、機能性粒子材料を混合した焼結材料を焼結して生成される焼結体では、上記機能性粒子材料の一部しか空孔内表面に露出させることは困難である。このため、機能性材粒子材料の配合量に見合う効果を発揮させることができな力つた。したがって、上記機能生粒子材料の効果を発揮させるには、多量の機能性粒子材料が必要となり、たとえば、白金等の高価な材料を採用することは困難であった。

[0011] さらに、多孔質焼結体を形成した後に、機能性材料を空孔に充填することも考えられる。しかし、空孔率が小さいと焼結体に充填できる機能生材料の量も限られる。また、空孔の大きさを大きくしないと粒子状の機能生材料を焼結後に充填するのは困難であり、充填できる材料も限られる。また、空孔形成後、焼結前に充填することも考えられるが、上記特許文献に記載されている従来の多孔質成形体では、空孔成形後の成形体の強度が低、ため、充填加工は不可能である。

発明の開示

[0012] 本願発明は、上記課題を解決するために案出されたものであり、脱脂工程における上記問題を解決して、精度の高い多孔質焼結体を製造できるとともに、従来にない機能をもった多孔質焼結体を製造できる。

[0013] 本願の請求項 1に記載した発明は、バインダと焼結可能な粉体材料と空孔形成材料とを含む焼結成形材料を所定形状に成形する成形工程と、上記成形工程にお!、て得られる成形体力ゝら上記バインダを除去する脱脂工程と、上記脱脂工程を終えた脱脂成形体を焼結して焼結体を形成する焼結工程とを含む多孔質焼結体の製造方法であって、上記バインダは上記空孔形成材料の消失温度より高、温度で消失する成分を含んで構成されており、上記脱脂工程において、上記バインダの一部を残留させた状態で上記空孔形成材料を消失させるものである。

[0014] 本願発明では、バインダの一部を残留させた状態で空孔形成材料を先に消失させる。なお、本願における上記バインダは、焼結材料と空孔形成材料以外の成分であつて、成形後に成形体に含まれ、脱脂行程において保形機能を発揮できるすべての成分を意味する。残留させた上記バインダは、空孔形成材料の消失過程において、空孔形成材料周囲の焼結材料を結合して保形性を高める。一方、すべての量のバインダ成分を空孔形成材料が消失するまで残留させるのではなぐ上記空孔形成材料を消失させるのに必要な隙間を周囲に形成するのに必要な量のバインダは、上記空孔形成材料より先に消失させる。これにより、脱脂行程にいて、空孔形成材料の周囲の焼結材料粒子が崩れることがなくなり、形状及び寸法精度の高い空孔を形成することが可能となる。また、バインダの一部を残留させることにより、空孔を形成した後の成形体の強度も大きくなり、上述した機能生粒子の充填加工等の中間加工も可能となる。

[0015] 本願発明における焼結材料の種類は特に限定されることはない。金属粉体、セラミック粉体、あるいはこれらを混合した粉体を焼結粉体材料として採用できる。上記粉体の粒度も特に限定されることはな、。 [0016] 上記残留するバインダの量も特に限定されることはなぐ空孔形成材料の大きさ、焼結材料粒子の大きさ、空孔形成後の中間加工等の有無によって、配合割合を設定することができる。なお、射出成形を行う場合には、上記バインダの射出成形材料全体に対する配合比を、 8容量％〜40容量％の範囲で設定するのが好ましい。 8容量 %以下であると、型内での流れが悪くなり、成形体の精度が低下する。一方、 40容量 %以上配合すると、脱脂時に成形体が大きく収縮変形する。

[0017] 残留させるバインダの量は、少なくとも空孔形成材料が消失する過程において、成形体の強度を確保できる量に設定するのが好ましい。すなわち、脱脂工程において、成形体が変形しない程度のバインダを残留させながら、空孔形成材料を消失させるのが好ましい。なお、空孔形成材料が消失する態様は特に限定されることはなぐ燃焼、分解、蒸発等が含まれる。

[0018] 一方、空孔形成材料が消失を開始する時点において、上記空孔形成材料が消失する経路ないし隙間を確保するために、ある程度のバインダを消失させておくのが好ましい。さらに、空孔形成材料の消失態様、たとえば消失速度、消失量に応じて上記消失経路が形成されるように設定するのが好ましい。また、空孔形成後に中間加工を行なう場合には、空孔形成材料が消失した時点において、中間加工の種類に応じた強度を確保できるだけのバインダ成分を残留させるのが好ましい。

[0019] 本願の請求項 2に記載した発明は、上記バインダが、上記空孔形成材料の消失温度より低!ゝ脱脂温度で消失する低温度消失成分と、上記空孔形成材料の消失温度より高い脱脂温度で消失する高温度消失成分とを含んで構成されており、上記脱脂工程は、上記低温度消失成分が消失を開始して上記空孔形成材料が消失を開始するまでの第 1の脱脂工程と、上記空孔形成材料が消失するまでの第 2の脱脂工程と、上記高温度消失成分が消失するまでの第 3の脱脂工程とを含んで構成される。

[0020] 本願発明では、まず、低温度消失成分が消失を開始する。これにより、空孔形成材料が消失するための隙間が形成される。なお、上記低温度消失成分のすべてが、上記空孔形成材料の消失が開始するまでに消失してしまう必要はなぐ空孔形成材料のその時々の消失量に対応した隙間を確保できる量が消失すればよい。次に、温度を上昇させて空孔形成材料を消失させる。空孔形成材料が完全に消失するまでは、上記高温度消失成分の一部又は全部を残留させて、上記空孔形成材料が消失する際の保形性を高める。保形性を確保するには、上記空孔形成材料が完全に消失した後に、成形体の形態等に応じた相当量のバインダを残留させておくのが好ましい。

[0021] 本願の請求項 3に記載した発明は、上記第 2の脱脂工程において、上記空孔形成材料を、上記低温度消失成分が消失して形成された隙間な!/ヽし上記高温度消失成分の一部が消失して形成された隙間を介して消失させるものである。

[0022] 上記低温度消失成分と上記高温度消失成分は、空孔形成材料の消失温度を基準に選定することができる。上記低温度消失成分は、上記空孔形成材料が消失を開始するまでに消失を開始するものを選定すればよい。一方、上記高温度消失成分は、選定した空孔形成材料が完全に消失した後にも、少なくともその一部が残留しているものを選定すればよい。たとえば、上記低温度消失成分及び上記高温度消失成分を、材料の分解開始温度及び分解終了温度等を基準に選定することができる。なお、本願発明は、空孔形成材料が消失した時点において、バインダ成分が残留して保形性を高めることが特徴であり、一般的な分解開始温度や分解終了温度のみによつて材料が選択されるものではな、。

[0023] 本願の請求項 4に記載した発明は、上記空孔形成材料の消失開始時にお!ヽて、上記バインダ成分の 0. 1容量％から 5. 0容量パーセントを消失させるように構成したものである。

[0024] 空孔形成材料を消失させるための経路を確保するには、空孔形成材料が消失し始める時点において、ある程度の消失経路を形成する必要がある。消失経路を形成するためのノインダ量は、空孔形成材料及び焼結粒子の大きさ等によって幅があるが、バインダ総量の 0. 1容量％以上に設定するのが好ましい。上記の割合以下であると、空孔形成材料が消失を開始する初期において消失経路を確保できず、空孔形成材料が消失を開始した後に、周囲の焼結材料に圧力が作用して、変形等が生じやすくなる。一方、 5. 0容量％以上であると、空孔形成材料の周囲の焼結材料の保形強度が低下する。上記行程における脱脂温度は特に限定されることはないが、上記バインダが消失しかつ上記空孔形成材料が消失しない脱脂温度を所要時間保持することにより、上記所要の量のバンイダを消失させることができる。 [0025] 本願の請求項 5に記載した発明は、上記空孔形成材料が消失したとき、上記バインダ成分の 5容量％から 40容量％を残留させるように構成したものである。

[0026] 空孔内壁の強度を確保するには、空孔形成材料が完全に消失した時点で、バインダ成分を 5容量％以上残留させるのが好ましい。 5容量％以下であると、空孔形成材料消失過程あるいは消失後に成形体が変形等する恐れが高まる。一方、 40容量％以上残留するように設定すると、空孔形成材料の消失を阻害して消失過程にぉ、て成形体にストレスが生じる恐れがある。また、空孔形成材料消失後の脱脂時間も長くなる。

[0027] なお、上記バインダ成分は、特定の成分すべてが残留して!/、る必要はなぐ空孔形成材料が消失する過程にぉ、て消失するものであって、空孔形成材料が完全に消滅したとき、ノインダの一部が残留して！/、るように構成されて！、ればよ!/、。

[0028] 本願の請求項 6に記載した発明は、上記高温度消失成分が、消失温度が異なる少なくとも 2以上のバインダを含んで構成されており、上記第 3の脱脂工程が、これら消失温度が異なるノインダ成分を順次消失させることにより行われるものである。

[0029] 空孔率が大きくなると、空孔形成材料が消失する過程での保形性を確保するため、空孔形成材料が消失した後にも相当量のバインダを残留させる必要がある。一方、空孔形成材料が消失した後は、成形体は空孔間の薄い壁状の部分で保形されているにすぎない。したがって、焼結材料に残留したノンダが急激に消失すると、成形体の変形につながる。本願発明は、上記問題を解決するために案出されたものである。

[0030] 消失温度が異なる少なくとも 2以上のバインダを、空孔形成材料が消失した後に、順次消失させることにより、成形体に過大なストレスを作用させることなぐ残留したバインダを円滑に消失させることが可能となる。これにより、たとえは、 50%〜80%の非常に高い空孔率の多孔質焼結体を製作することが可能となった。

[0031] 本願の請求項 7に記載した発明は、上記第 2の脱脂工程を終了した中間脱脂体に中間加工を行う中間加工工程を含むものである。

[0032] 本願発明では、上記第 2の脱脂工程を終えた多孔質成形体にもバインダが残留しているため中間加工に必要な強度を確保することができる。したがって、多孔質体となった成形体に対して、種々の中間加工を行うことが可能となる。なお、上記中間加ェを行うことを前提として、加工の方法等に応じて必要な強度を確保するためのバインダ量を残留させるのが好ましい。また、上記中間加工の種類は特に限定されることはなぐ切削加工ゃ塑性カ卩ェ等の種々の機械力卩ェを行うことができる。

[0033] 従来は、空孔形成材料を消失させた多孔質体の強度が低いため、上記多孔質体に中間加工を施すことは困難であり、脱脂工程力連続して焼結工程に移行していた。本願発明では、空孔形成材料を消失させた時点で、所要のバインダを残留させているため、脱脂前の成形体と同様に中間加工が可能となった。本願発明は、上記脱脂体の保形強度を高めた結果可能となったものである。

[0034] 請求項 8に記載した発明のように、連続した空孔を備える多孔質焼結体の製造方法において、上記中間加工として、上記第 2の脱脂工程を終了した中間脱脂体の上記空孔の一部又は全部に、所定の付加材料を充填する付加材料充填工程を行うことがでさる。

[0035] 従来から、連続した空孔を備える多孔質焼結体の空孔に種々の機能性材料を充填した焼結材料が提供されている。しかしならが、従来のものは、脱脂体の強度が低いため、焼結後に上記材料を充填するものが多力つた。このため、充填できる機能性材料の種類や形態に制限があった。また、焼結体と一体化するには、二次焼結工程等も必要であった。

[0036] 本願発明では、空孔形成材料を消失させた状態でバインダの一部が残留して!/、るため、多孔質体の強度が高い。これにより、焼結工程の前に種々の材料を空孔に充填することが可能となった。

[0037] 本願の請求項 9に記載した発明は、請求項 8に記載した充填工程を終えた後に、上記第 3の脱脂工程及び焼結工程を行ヽ、上記付加材料を上記空孔内面の焼結材料に一体的に焼結するものである。

[0038] 本願発明によって、一度の焼結工程で付加材料を焼結体と一体的に焼結することが可能となる。

[0039] 本願の請求項 10に記載した発明は、付加材料充填工程を終えた後に上記第 3の脱脂工程及び焼結工程を行い、上記付加材料を上記空孔内に遊動可能に保持さ ·¾：るものである。

[0040] 通常、焼結工程を行うと脱脂体は収縮する。したがって、上記収縮にともなって、空孔の大きさも小さくなる。本願発明は、上記収縮を利用して、焼結できないような付カロ材料を空孔内に遊動可能に固定しょうとするものである。たとえば、金属多孔質体の空孔内に、金属焼結温度では焼結しない機能性セラミック等の粒子を遊動可能に保持し、上記機能性セラミック等の機能を上記空孔を介して最大限に発揮させることができる。

[0041] 本願の請求項 11に記載した発明は、上記空孔形成材料の配合割合を、上記焼結成形材料の 50%〜80容量％に設定したものである。

[0042] 空孔形成材料の配合割合を 50%〜80%に設定することにより、これに対応した空孔率の多孔質焼結体を形成することができる。従来の製造方法では、多量の空孔形成材料を配合しても、脱脂工程において空孔の形状を保つことができな力つた。この結果、空孔形成材料の配合率に対応した空孔率を有する多孔質体を形成できなかつた。特に、 50%以上の空孔率を備える多孔質焼結体を製造することは困難であつた。本願発明では、脱脂工程における保形性を高めた結果、 50〜80%の非常に高い空孔率を有する多孔質焼結成形体を形成することが可能となった。

[0043] なお、球状の空孔形成材料が最密充填された場合、充填率は約 74%となる。しかしながら、上記空孔形成材料を変形させるように圧力を作用させて成形することにより、空孔率を 80%まで高めることが可能となる。また、大きさの異なる空孔形成材料を配合して、空孔率を高めることもできる。

[0044] 本願発明に係る成形体を形成する方法として、種々の加工手法を採用することができる。たとえば、プレス成形、押し出し成形等を採用できる。また、請求項 12に記載した発明のように、上記成形工程を射出成形によって行うこともできる。

[0045] 本願の請求項 13に記載した発明は、バインダと焼結可能な粉体材料と空孔形成材料とを含む焼結成形材料であって、上記バインダは、上記空孔形成材料が消失する温度より低!ゝ温度で消失する低温度消失成分と、上記空孔形成材料より高!、温度で消失する高温度消失成分とを含むものである。

[0046] 本願の請求項 14に記載した発明は、上記バインダが、低温度消失成分を 40容量 %〜70容量％含んで構成されるものである。

[0047] 上記低温度消失成分と上記高温度消失成分は、採用される空孔形成材料の消失温度に応じて選定することができる。なお、上記消失の態様は特に限定されることはなぐ燃焼、分解、蒸発等が含まれる。

[0048] 低温度消失成分が 40%以下であると、上記空孔形成材料の消失経路を確保することができない。一方、低温度消失成分の配合割合が 70容量％以上であると、空孔形成材料が消失する過程における保形強度が不足する。

[0049] なお、上記低温度消失成分及び上記高温度消失成分は、各々一つの成分である必要はない。すなわち、上記低温度消失成分は、脱脂工程において、上記空孔形成材料が消失するまでに消失する全ての成分を含む概念である。一方、高温度消失成分は、上記空孔形成材料が消失したとき、少なくとも一部が残存し、その後に消失するすべての配合成分を含む概念である。

[0050] 本願の請求項 15に記載した発明は、上記高温度消失成分が、上記空孔形成材料が消失した後に、異なる消失温度で消失する少なくとも 2以上ののノインダ成分を含んで構成されたものである。

[0051] 高い空孔率の成形体では、空孔形成材料が消失した後の保形強度はより低くなる

。したがって、残留したノインダを急激に消失させた場合、変形等が生じる恐れが大きくなる。本願発明により、空孔形成材料が消失した後に過大なストレスを作用させることなぐ残留したバインダを消失させることができる。

[0052] 本願の請求項 16に記載した発明は、上記空孔形成材料を 50〜80容量％含んで構成される多孔質焼結成形材料に係るものである。本願発明では、成形時の保形性を高めることができるため、空孔形成材料を 50容量％〜80容量％配合することが可能となった。

[0053] 本願の請求項 17に記載した発明は、多孔質焼結体であって、焼結工程における収縮によって、空孔の少なくとも一部に上記焼結体の焼結温度では焼結しな、粉体状材料を保持させたものである。

[0054] 本願の請求項 18に記載した発明は、上記粉体状材料を上記空孔内で遊動可能に保持して構成される多孔質焼結体に関するものである。図面の簡単な説明

[0055] [図 1]実施の形態に係る成形体の断面構造を模式的に表す図である。

[図 2]第 1の脱脂工程を終えた成形体の断面構造を模式的に表す図である。

[図 3]第 2の脱脂工程を終えた成形体の断面構造を模式的に表す図である。

圆 4]第 3の脱脂工程を終えた成形体の断面構造を模式的に表す図である。

[図 5]焼結体の断面構造を模式的に表す図である。

[図 6]本願発明の工程を表すフローチャートである。

[図 7]脱脂工程におヽて、空孔形成材料とバインダが減少する状態を表した図である

[図 8]本願の第 2の実施の形態に係る焼結体の断面構造を模式的に表す図である。発明を実施するための最良の形態

[0056] 以下、本願発明に係る多孔質焼結体の製造方法を金属粉体射出成形に適用した例について説明する。

[0057] [表 1]

¾F¾¾¾tϋ¾00510 msuss M.

全体配合比バインダ成分

組成消失開始温度

成分粒径消失温度。 C

Vol% 配合比 Vol°/₀ °C

空孔形成材料 P匪 A 50 m 60 240 400 金属粉末 SUS316L 10 m 20 バインダ A

ワックス 1 00

(低温度消失) 12. 8 64 210 340

1C '0

バインダ B POM 2. 1 10. 5 352 488 (高温度消失) PP 5. 1 25. 5 255 497

316Lを、空孔形成材料として平均粒度が 50 μ mの ΡΜΜΑ (ポリメタクリル酸メチル榭脂）を採用している。また、バインダとして、ワックス (天然ワックスと合成ワックスの複合ワックス）、 POM (ポリアセタール）及び PP (ポリプロピレン）の 3種類のバインダ成分を採用する。これら成分を、表 1に示す配合割合で均一に混練して射出成形材料を形成する。

[0059] なお、焼結材料としての金属粉末の種類は特に限定されることはなぐ焼結可能であれは他の金属粉末、セラミック粉末あるいはこれら力選ばれた複数の材料を混合して用いることができる。

[0060] 金属粉末の平均粒度は、特に限定されることはない。 1 μ m以下のいわゆるサブミクロン粒子を採用することもできるし、 100 m程度の大きな粉体粒子を採用することもできる。焼結性能を高めるため、 1〜30 /ζ πιの範囲で採用するのが好ましい。なお、 50%以上の空孔率を備える焼結体を製造する場合には、上記金属粉末の平均粒度は、空孔形成材料より小さく設定するのが好ましい。

[0061] 金属粉末の配合量は、空孔率によって変動する力混練物全体の 15〜30容量％に設定するのが好ましい。配合量が 15容量％より少ないと、バインダの量が多くなり脱脂時、焼結時の収縮量や変形量が大きくなる。一方、 30容量％以上になると、流動性が低下して作業性が低下する。

[0062] 本実施の形態では、空孔形成材料として、平均粒度が 50 μ mの ΡΜΜΑ粒子を採用している。上記 PMMA粒子は、 240°Cの消失開始温度を有している。一方、成形体力も完全に除去される消失温度は、 400°Cである。なお、本実施の形態における上記消失開始温度は、成分の分解開始温度を採用している。空孔形成材は、混練時、射出成形時に軟ィ匕あるいは溶融しないものを採用している。また、本実施の形態では、上記空孔形成材料として球形粒状のものを採用したが、成形手法により、繊維状、棒状等の種々の形態のものを採用することができる。

[0063] 本実施の形態に係るバインダは、上記空孔形成材料の消失温度より低い消失温度を有する成分から構成されるバインダ Aと、上記空孔形成材料の消失温度より高!ヽ消失温度を有する二つの成分を含むバインダ Bが採用されている。

[0064] 上記バインダ Aはワックス成分であり、消失開始温度は約 210°Cであり、一方、消失温度は 340°Cである。

[0065] バインダ Bは、 POM (ポリアセタール）と PP (ポリプロピレン）を含んで構成されて！ヽる。上記 POMは、消失開始温度が 352°Cであり、消失温度力 88°Cである。また、上記 PPは、消失開始温度が 255°Cであり、消失温度が 497°Cである。なお、上記消失温度は、 20°CZ時間の昇温速度で脱脂工程を行う場合の消失温度である。

[0066] これら消失開始温度から明らかなように、上記バインダ Aの消失開始温度は上記空孔形成材料の消失開始温度より低い。一方、上記バインダ Bは上記空孔形成材料の消失開始温度よりも高いものが採用されている。なお、本実施の形態では、上記バインダ及び空孔形成材料の消失する基準を分解開始温度及び分解終了温度で表したが、本願発明の特徴は、空孔形成材料が消失した時点でバインダの一部を残留させることであり、バインダが他の態様で消失する場合には、現実にバインダが消失する温度な、し時間を基準とするのが好ま、。

[0067] 上記構成の成形材料を上記空孔形成材料が軟化しな!、温度 (約 200°C)で混練して射出成形用のペレットを形成した後、射出成形機によって所定形状に成形する。なお、上記射出成形工程においても、上記空孔形成材料の形状が変化しない温度で成形が行われる。

[0068] 上記射出成形した成形体 1の模式的内部構造を図 1に示す。図 1に示すように、大きな空孔形成材料 2を囲むようにして、金属粉体 3、バインダ A及びバインダ Bが混合した状態でほぼ均一に分布させられている。なお、図 1では、理解を容易にするため、ノインダ A, Bを粒子の形態で表現している力バインダ A及び Bは成形時に溶融して各粒子間を埋めるように分布している。上記バインダのうち、小さい黒丸で表したものがバインダ Aであり、大きな黒丸で表したものがバインダ Bである。

[0069] 次に、脱脂工程が行われる。以下、図 2から図 4及び図 6に基づいて説明する。

[0070] 本実施の形態では、脱脂炉の温度を 20°CZ時間で上昇させて、く。炉内の温度力 S210°C以上になると上記バインダ Aが消失し始め、上記空孔形成材料が消失を開始するまでの第 1の脱脂工程 S 103が行われる。上記第 1の脱脂工程 S103においては、空孔形成材料 2が消失を開始するまでに、各金属粒子間に所定の隙間が形成される。本実施の形態では、上記第 1の脱脂工程において、上記ノインダ Aの約 2容量 %が消失させられる。

[0071] 脱脂温度が上記空孔形成材料の消失開始温度（240°C)以上になると、上記バインダ Aが消失していくとともに、上記空孔形成材料 2が消失し始め、さらに、上記バインダ Bが消失を開始して、第 2の脱脂工程が行われる。本実施の形態では、空孔形成材料 2は 240°C以上で、バインダ Bは約 255°C以上で消失を開始する。すなわち、第 2の脱脂工程においては、上記 3つの消失成分が同時に消失していく。図 2に、上記バインダ Aが完全に消失した状態を示す。なお、図 2では、理解を容易にするため、空孔形成材料 2及びバインダ Bのすべてが消失していないように表したが、実際にはその一部が消失している。図 2から明らかなように、バインダ Aが消失することにより、金属粒子間に連続した隙間 4が形成される。したがって、上記隙間を介して、空孔形成材料 2を円滑に消失させることができる。一方、バインダ Bが各金属粒子間に介在してこれらを結合しているため、強度が確保された状態で空孔形成材料が消失していく。し力も、空孔形成材料 2の消失速度が増加するとともに、上記バインダの消失量も増加し、空孔形成材料が消失する充分な隙間が確保される。したがって、空孔 5 の形態を保持した状態で空孔形成材料を消失させることができる。

[0072] 脱脂温度力 00°Cに達すると、図 3に示すように、バインダ A及び空孔形成材料 2 が完全に消失して、空孔 5が形成される。空孔形成材料 2が消失した後は、上記バインダ Bは、多少軟ィヒした状態で上記金属粒子 3を掛け渡し状に連結して保形性を高めている。また、上記バインダ Bによって、金属粒子が上記空孔形成材料が消失した後の空孔 5に崩れ落ちることもない。また、金属粒子の相対位置も変化することなぐ形状及び寸法精度の高ヽ中間脱脂体が形成される。

[0073] 上記空孔形成材料を消失させた後に、さらに温度を上昇させて第 3の脱脂工程 (S 105)を行い、バインダ Bを除去する。上記第 3の脱脂工程によって、図 4に示すような金属粒子 3から形成された脱脂体が形成される。なお、図 4では、理解を容易にするため、各粒子が離間しているように表現した力紙面の上下方向に 3次元的に粒子が存在して、るため、脱脂体はほとんど収縮しな!、。

[0074] 次に、炉内の温度を金属の焼結温度以上に高め、焼結工程を行って金属粒子を焼結させる。焼結工程において、隣接各粒子が焼結し、各粒子間の隙間が詰まって、図 5に示すように焼結体 6が形成される。なお、上記焼結体は、成形体からほぼバインダの配合分だけ収縮させられる。

[0075] 図 7に、本実施の形態における空孔形成材料 2とバインダ (Aと Bの全体)の減少する態様を示す。図では、縦軸に減少率を、横軸に脱脂温度をとつて表している。この図に示すように、本実施の形態では、まず、バインダ Aの一部が消失を開始する。これにより、成形体中に空孔形成材料 2が消失する経路を確保する。次に、空孔形成材料 2が消失を開始するが、空孔形成材料 2の減少率がある温度でバインダを越えて、この傾向が空孔形成材料が完全に消失するまで続き、空孔形成材料 2がバインダより先に消滅する。すなわち、空孔形成材料 2が消失していく過程において、消失経路を確保しつつバインダで補強した状態で脱脂工程を行、、空孔形成材料が完全に消滅した時点においても、バインダの一部を残留させている。これにより、成形体の保形性を高めた状態で脱脂工程を進行させることが可能となる。

[0076] 空孔形成材料を消失させる際にバインダ Bを残留させることにより、隣接する空孔間の壁部の形態が保持される。このため、上記空孔形成材料の配合割合に応じて精度の高!、多孔質体を形成できる。

[0077] さらに、本実施の形態では、バインダ Bを消失温度が異なる 2種類のバインダ成分を配合して構成しているため、空孔形成材料 2が消失した後に残留しているバインダが急激に消失することはない。したがって、上記バインダが消失する過程において、成形体に過度のストレスが作用するのを防止することができる。この結果、空孔形成材料 2が消失した後においても保形性が確保されて、成形体が変形等するのを防止することが可能となる。

[0078] [表 2]

[0079] 表 2に、比較例の配合割合を示す。この比較例は、空孔形成材料 2の消失温度より高ヽ温度で消失するバインダ Bの代わりに、空孔形成材料 2の消失温度より低ヽ温度で消失するバインダ C (ポリスチレン)を配合して 1ヽる。その他の配合割合は実施例 1と同様であるので説明は省略する。また、脱脂工程及び焼結工程も、上記実施例と同様に行われる。なお、比較例では、ノインダ Bを配合していないため、第 3の脱脂工程は行われない。

[0080] 上記実施例 1及び比較例から形成された焼結体の空孔率を測定した。実施例では、空孔形成材料 2の配合割合に対応した空孔率が約 60%の多孔質体が得られた。一方、比較例では、同じ割合の空孔形成材料を配合したにも係わらず、空孔率は約 40%であった。また、実施例 1に係る焼結体と比較例に係る焼結体の組織を顕微鏡で観察したところ、実施例 1では、ほぼ均一な球形の空孔が形成されていた。一方、比較例では、空孔の形態が不規則に変形し、また大きさも小さくなつていた。このことから、バインダ Bによって金属粒子を保形した状態で空孔形成材料を消失させることにより、精度の高い多孔質焼結体を形成できることが明らかとなった。

[0081] 図 6に示すように、上記第 2の脱脂工程 S 104の後に、中間加工工程 S106を行うことができる。本実施の形態においては、空孔形成材料が消失した後にバインダを残留させることができるため、多孔質成形体の強度を確保することができる。したがって、多孔質となった焼結体に種々の加工を施すことができる。

[0082] 上記中間加工工程として、従来と同様に、機械加工等を行うことができる。また、連続した空孔が形成された成形体の上記空孔に種々の機能物質を充填することができる。

[0083] 上記第 2の脱脂工程を終えた成形体は、ほとんど収縮して、な、ため、上記空孔のサイズも大きい。このため、従来では、不可能であった機能物質を中間体に充填することが可能となる。上記充填する手法は特に限定されないが、空孔率が高いため、流体等を用いて上記機能物質を充填することもできる。また、機械的な手法によって表面層にのみ機能性物質を充填することもできる。

[0084] 触媒作用のある物質を空孔に充填した後に、焼結工程において焼結すると、空孔の内壁に触媒作用のある物質を固定することができる。これにより、白金等の高価な物質を効率よく空孔内部に固定することが可能となる。 [0085] また、図 8に示すように、後加工によって、連続する空孔 5内に上記多孔質焼結体と一体的に焼結しない粒状の物質 8を保持させることも可能となる。

[0086] 本実施の形態では、空孔が連通する多孔質成形体を形成し、上記粒状の物質 8を充填した後に、第 3の脱脂工程 S 107及び焼結工程 S 108を行う。上記焼結工程において上記空孔 5も収縮するため、上記粒状物質を上記空孔内に遊動可能かつ脱落不可能に保持させることも可能となる。

[0087] 上記充填物質として、酸化チタン等の金属酸化物や、アパタイト等の機能性セラミツクを採用することがでさる。

Claims

請求の範囲

[1] バインダと焼結可能な粉体材料と空孔形成材料とを含む焼結成形材料を所定形状に成形する成形工程と、上記成形工程にぉ、て得られる成形体から上記バインダを除去する脱脂工程と、上記脱脂工程を終えた脱脂成形体を焼結して焼結体を形成する焼結工程とを含む多孔質焼結体の製造方法であって、

上記バインダは上記空孔形成材料の消失温度より高い温度で消失する成分を含んで構成されており、

上記脱脂工程にお!、て、上記バインダの一部を残留させた状態で上記空孔形成材料を消失させる、多孔質焼結体の製造方法。

[2] 上記バインダは、上記空孔形成材料の消失温度より低!ヽ脱脂温度で消失する低温度消失成分と、上記空孔形成材料の消失温度より高!ゝ脱脂温度で消失する高温度消失成分とを含んで構成されており、

上記脱脂工程は、

上記低温度消失成分が消失を開始して上記空孔形成材料が消失を開始するまでの第 1の脱脂工程と、

上記空孔形成材料が消失するまでの第 2の脱脂工程と、

上記高温度消失成分が消失するまでの第 3の脱脂工程とを含む、請求項 1に記載の多孔質成形体の製造方法。

[3] 上記第 2の脱脂工程におヽて、上記空孔形成材料を、上記低温度消失成分が消失して形成された隙間ないし上記高温度消失成分の一部が消失して形成された隙間を介して消失させる請求項 2に記載の多孔質焼結体の製造方法。

[4] 上記空孔形成材料が消失を開始するまでに、上記バインダ成分の 0. 1容量％から

5. 0容量パーセントを消失させる、請求項 1に記載の多孔質焼結体の製造方法。

[5] 上記空孔形成材料が消失したとき、上記バインダ成分の 5容量％から 40容量％を残留させるように構成した、請求項 1に記載の多孔質焼結体の製造方法。

[6] 上記高温度消失成分は、消失温度が異なる少なくとも 2以上のバインダ成分を含んで構成されており、

上記第 3の脱脂工程は、これら消失温度が異なるバインダ成分を順次消失させることにより行われる、請求項 2に記載の多孔質焼結体の製造方法。

[7] 上記第 2の脱脂工程を終了した中間脱脂体に中間加工を行う中間加工工程を含む、請求項 2に記載の多孔質焼結体の製造方法。

[8] 連続した空孔を備える多孔質焼結体の製造方法であって、

上記第 2の脱脂工程を終了した中間脱脂体の上記空孔の一部又は全部に、所定の付加材料を充填する付加材料充填工程を含む、請求項 2に記載の多孔質焼結体の製造方法。

[9] 上記付加材料充填工程を終えた後に上記第 3の脱脂工程及び焼結工程を行ヽ、上記付加材料を上記空孔内面の焼結材料に一体的に焼結する、請求項 8に記載の多孔質焼結体の製造方法。

[10] 上記付加材料充填工程を終えた後に上記第 3の脱脂工程及び焼結工程を行い、上記付加材料を上記空孔内に遊動可能に保持させる、請求項 8に記載の多孔質焼結体の製造方法。

[11] 上記空孔形成材料の配合割合を、上記焼結成形材料の 50〜80容量％に設定した、請求項 1に記載の多孔質焼結成形体の製造方法。

[12] 上記成形工程が射出成形によって行われる請求項 1に記載の多孔質焼結体の製造方法。

[13] ノインダと焼結可能な粉体材料と空孔形成材料とを含む焼結成形材料であって、上記バインダは、上記空孔形成材料が消失する温度より低!ヽ温度で消失する低温度消失成分と、上記空孔形成材料より高!ゝ温度で消失する高温度消失成分とを含む、焼結成形材料。

[14] 上記バインダは、低温度消失成分を 40容量％〜70容量％含んで構成される、請求項 13に記載の多孔質焼結成形材料。

[15] 上記高温度消失成分は、上記空孔形成材料が消失した後に、異なる消失温度で消失する少なくとも 2以上のバインダ成分を含んで構成される、請求項 13に記載の多孔質焼結成形材料。

[16] 上記空孔形成材料を、焼結成形材料の 50〜80容量％含んで構成される請求項 1 3に記載の多孔質焼結成形材料。

[17] 多孔質焼結体であって、焼結工程における収縮によって、空孔の少なくとも一部に上記焼結体の焼結温度では焼結しな!、粉体状材料を保持させた、多孔質焼結体。

[18] 上記粉体状材料が上記空孔内で遊動可能に保持されている、請求項 17に記載の多孔質焼結体。