JP3861556B2

JP3861556B2 - Method for producing sintered body and sintered body

Info

Publication number: JP3861556B2
Application number: JP2000084878A
Authority: JP
Inventors: 純一林; 雅之伊藤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2000-03-24
Filing date: 2000-03-24
Publication date: 2006-12-20
Anticipated expiration: 2020-03-24
Also published as: JP2001271101A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、焼結体の製造方法および焼結体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内部に比較的多くの空孔を有する多孔質の焼結体を用いた製品として、例えば含油軸受けがある。
【０００３】
このような焼結体の製造方法としては、圧粉焼結法等が知られている。
このような空孔率の高い焼結体を製造する場合、圧粉焼結法では、焼結温度を比較的低温に設定し、焼結を中途で止めることにより行っていた。
【０００４】
しかし、このような方法では、焼結を中途で止めるため、焼結炉内部の位置における温度のバラツキ等の影響により、得られる焼結体の焼結密度のバラツキや寸法のバラツキが大きくなる。また、粉末間での拡散が十分に進行しないため、得られる焼結体の機械的強度は低かった。特に、肉厚差が大きい成形体の場合、得られる焼結体に変形が生じ易く、クラック等の焼結欠陥を生じ易かった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、高空孔率で、寸法精度が高く機械的強度も高い焼結体を得ることができる焼結体の製造方法および焼結体を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような目的は、下記（１）〜（１２）の本発明により達成される。
【０００７】
（１）原料粉末と、有機バインダーと、前記有機バインダーの分解開始温度より高く、且つ３５０〜６５０℃の分解開始温度を有する熱可塑性樹脂からなる空隙形成材と、を含む組成物を用いて成形体を成形する工程と、
前記成形体から前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、
前記第１の脱脂体から前記空隙形成材を除去し、第２の脱脂体を得る第２の脱脂工程と、
前記第２の脱脂体を焼結して焼結体を得る工程とを有し、
前記有機バインダーと前記空隙形成材は、前記有機バインダーの分解開始温度をＴ_１℃、前記空隙形成材の分解開始温度をＴ_２℃としたとき、０．２≦Ｔ₁／Ｔ₂≦０．８の関係を有することを特徴とする焼結体の製造方法。
【０００８】
（２）前記組成物中における前記空隙形成材の含有量は、１〜２０wt％である上記（１）に記載の焼結体の製造方法。
【０００９】
（３）前記組成物中における前記空隙形成材の形状は、粒状である上記（１）または（２）に記載の焼結体の製造方法。
【００１０】
（４）前記組成物中における前記空隙形成材の平均粒径は、５０〜１５０μｍである上記（３）に記載の焼結体の製造方法。
【００１３】
（７）前記原料粉末は、金属粉末である上記（１）ないし（６）のいずれかに記載の焼結体の製造方法。
【００１４】
（８）前記組成物中における前記金属粉末の含有量は、５０〜９６wt％である上記（７）に記載の焼結体の製造方法。
【００１５】
（９）前記組成物中における前記金属粉末の平均粒径は、１〜１００μｍである上記（７）または（８）に記載の焼結体の製造方法。
【００１６】
（１０）前記焼結体の製造は、射出成形により行われる上記（１）ないし（９）のいずれかに記載の焼結体の製造方法。
【００１７】
（１１）上記（１）ないし（１０）のいずれかに記載の焼結体の製造方法により製造されたことを特徴とする焼結体。
【００１８】
（１２）前記焼結体の空孔率は、１０〜５０vol％である上記（１１）に記載の焼結体。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の焼結体の製造方法について、詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の焼結体の製造方法の第１実施形態を示す工程図、図２〜図５は、それぞれ、各工程における成形体等の断面構造（内部金属組織）を示す模式図である。
【００２１】
以下、焼結体の製造方法の第１実施形態について、各図を参照しつつ説明する。
【００２２】
［１Ａ］成形体の製造
製造する焼結体に対応する形状の成形体を製造する。成形体の製造方法は、特に限定されず、例えば、圧縮成形（圧粉成形）、押出成形、射出成形等が挙げられるが、特に、原料粉末が金属粉末である場合、金属射出成形（ＭＩＭ：Metal Injection Molding）法が好ましい。
【００２３】
このＭＩＭ法は、比較的小型のものや、複雑で微細な形状の焼結体を製造することができ、用いる金属粉末の特性を十分に生かすことができるという利点を有するので、本発明を適用する上でその効果が有効に発揮され、好ましい。
以下、ＭＩＭ法による組成物の調製および成形体の製造について説明する。
【００２４】
まず、原料粉末である金属粉末と、有機バインダーと、前記有機バインダーの分解開始温度より高い分解開始温度を有する空隙形成材とを用意し、これらを混練機により混練し、混練物（コンパウンド）を得る。
この組成物中では、金属粉末、空隙形成材が均一に分散している。
【００２５】
金属粉末、有機バインダー、および空隙形成材は、互いに化学反応しないものであるのが好ましい。
【００２６】
金属粉末を構成する金属材料（以下単に「金属材料」と言う）としては、特に限定されず、例えば、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ａｌ、Ｗ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｚｒ等のうちの少なくとも１種、あるいはこれらのうちの少なくとも１種を含む（主とする）合金が挙げられる。
【００２７】
また、組成の異なる２種類以上の金属粉末を混合して用いてもよい。これにより、従来、鋳造では、製造できなかった合金組成のものも可能となる。また、新規的な機能や多機能を有する焼結体が容易に製造でき、焼結体の機能・用途の拡大を図ることができる。
【００２８】
また、金属粉末の平均粒径は、特に限定されないが、１〜１００μｍであるのが好ましく、３〜８０μｍであるのがより好ましく、３〜５０μｍであるのがさらに好ましい。平均粒径が上限値を超えると、混練時、射出成形時における混練物の流動性が低くなり、操作性が低下する場合がある。一方、平均粒径が下限値未満であると、混練物の流動性を確保するのに必要な有機バインダーの量が増え、脱脂、焼結時に変形し易く寸法安定性が低下する可能性がある。また、粉末の活性が高くなるため、発火等の危険性が高くなる場合もある。
【００２９】
また、金属粉末の含有量は、混練物全体の５０〜９６wt％であるのが好ましく、５３〜９４wt％であるのがより好ましい。含有量が上限値を超えると、有機バインダーと空隙形成材の配合比等によっては、混練物の流動性が低下したり、得られる焼結体の空孔率が低下する場合がある。一方、含有量が下限値未満であると、得られる焼結体の機械的強度、寸法安定性が低下する可能性がある。
【００３０】
なお、金属粉末の製造方法は、特に限定されず、例えば、水またはガスアトマイズ法、還元法、カルボニル法、粉砕法により製造されたものを用いることができるが、アトマイズ法が好ましい。
【００３１】
この原料粉末は、金属粉末の他、セラミックス粉末等であってもよい。
セラミックス粉末を構成するセラミックス材料（以下単に「セラミックス材料」と言う）としては、特に限定されず、例えば、アルミナ、ジルコニア、窒化ケイ素、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、チタニア等が挙げられる。
【００３２】
また、セラミックス粉末の平均粒径、含有量は、特に限定されず、例えば、平均粒径は０．１〜５μｍ、含有量は、５０〜８５wt％とすることができる。
【００３３】
有機バインダーは、後述する空隙形成材より低い分解開始温度を有している。
有機バインダーの分解開始温度は、空隙形成材の分解開始温度等によって異なるが、１００〜５００℃であるのが好ましく、１２０〜４５０℃であるのがより好ましく、１５０〜４００℃であるのがさらに好ましい。分解開始温度が下限値未満であると、混練時あるいは射出成形時に有機バインダーの一部が分解する場合があり、成形安定性が低下する可能性がある。一方、分解開始温度が上限値を超えると、空隙形成材の分解開始温度等によっては、後述する第１の脱脂処理において除去される空隙形成材が増え、得られる焼結体の空孔率が低下する可能性がある。
【００３４】
このような有機バインダーとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体等のポリオレフィン、ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート等のアクリル系樹脂、ポリスチレン等のスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリアミド、ポリエステル、ポリエーテル、ポリビニルアルコール、またはこれらの共重合体等の各種樹脂や、各種ワックス、パラフィン、高級脂肪酸（例：ステアリン酸）、高級アルコール、高級脂肪酸エステル、高級脂肪酸アミド等が挙げられ、これらのうち１種または２種以上を混合して用いることができる。
【００３５】
また、有機バインダーの含有量は、混練物全体の３〜３０wt％であるのが好ましく、５〜２５wt％であるのがより好ましい。含有量が下限値未満であると、混練時、射出成形時における混練物の流動性が低くなり、操作性が低下する場合がある。一方、含有量が上限値を超えると、得られる焼結体の機械的強度、寸法安定性が低下する可能性がある。
【００３６】
空隙形成材は、有機バインダーの分解開始温度より高い分解開始温度を有している。また、それに応じて、空隙形成材の軟化点は、有機バインダーの軟化点より高い。
【００３７】
そのため、空隙形成材は、後述する混練時において軟化せず、第１の脱脂処理においてほとんど除去されない。
【００３８】
空隙形成材の軟化点は、有機バインダーの軟化点等によって異なるが、１５０〜３４０℃であるのが好ましく、１８０〜３２０℃であるのがより好ましく、２００〜３００℃であるのがさらに好ましい。軟化点が下限値未満であると、有機バインダーの軟化点によっては、混練時、射出成形時において、空隙形成材が軟化する可能性がある。一方、軟化点が上限値を超えると、分解開始温度も相当に高くなり、後述する第２の脱脂処理に要するエネルギーが大きくなる場合がある。また、焼結体中の炭化物の増加や残留炭素量の増加を起こし、焼結体の機械的特性の低下や焼結体の部分的な溶解を起こす可能性がある。
【００３９】
また、空隙形成材の分解開始温度は、有機バインダーの分解開始温度等によって異なるが、３５０〜６５０℃であるのが好ましく、３８０〜６３０℃であるのがより好ましく、４００〜６００℃であるのがさらに好ましい。分解開始温度が下限値未満であると、有機バインダーの分解開始温度等によっては、後述する第１の脱脂処理において除去される空隙形成材の割合が大きくなる可能性がある。一方、分解開始温度が上限値を超えると、後述する第２の脱脂処理に要するエネルギーが大きくなる場合がある。また、焼結体中の炭化物の増加や残留炭素量の増加を起こし、焼結体の機械的特性の低下や焼結体の部分的な溶解を起こす可能性がある。
【００４０】
このような空隙形成材としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート等のアクリル系樹脂、ポリフェニレンスルフィド、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、液晶ポリマー等の各種樹脂が挙げられ、これらのうち１種または２種以上を混合して用いることができる。
【００４１】
また、有機バインダーの分解開始温度をＴ₁℃、空隙形成材の分解開始温度をＴ₂℃としたとき、下記式（I）を満足するのが好ましい。
０．２≦Ｔ₁／Ｔ₂≦０．８・・・（I）
また、式（I）に代わり、式（II）を満足するのがより好ましく、式（III）を満足するのがさらに好ましい。
０．２５≦Ｔ₁／Ｔ₂≦０．７５・・・（II）
０．３≦Ｔ₁／Ｔ₂≦０．７・・・（III）
Ｔ₁／Ｔ₂の値が前記式中の上限値を超えると、後述する第１の脱脂過程において除去される空隙形成材の割合が多くなる場合がある。一方、Ｔ₁／Ｔ₂の値が前記式中の下限値未満であると、有機バインダーと空隙形成材の組み合わせによって、混練時あるいは射出成形時に有機バインダーの一部が分解したり、あるいは、後述する第２の脱脂処理に要するエネルギーが大きくなる場合がある。
【００４２】
空隙形成材の含有量は、混練物全体の１〜２０wt％であるのが好ましく、２〜１８wt％であるのがより好ましい。含有量が下限値未満であると、得られる焼結体の空孔率が低下する場合がある。一方、含有量が上限値を超えると、得られる焼結体の機械的強度が低下する場合がある。
【００４３】
空隙形成材の形状は、特に限定されないが、例えば、棒状、繊維状、粒状等が挙げられ、粒状であるのが好ましい。
【００４４】
空隙形成材の形状が粒状であるとき、その平均粒径は、５０〜１５０μｍであるのが好ましく、５０〜１００μｍであるのがより好ましい。平均粒径が下限値未満であると、空隙形成材の含有量によっては、空孔率が低下する場合がある。一方、平均粒径が上限値を超えると、得られる焼結体の大きさによっては、機械的強度が低下する場合がある。
【００４５】
また、さらに可塑剤が添加されていてもよい。この可塑剤としては、例えば、フタル酸エステル（例：ＤＯＰ、ＤＥＰ、ＤＢＰ）、アジピン酸エステル、トリメリット酸エステル、セバシン酸エステル等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を混合して用いることができる。
【００４６】
また、混練物中には、前記金属粉末、有機バインダー、空隙形成材、可塑剤の他に、例えば、酸化防止剤、脱脂促進剤、界面活性剤等の各種添加物を必要に応じ添加することができる。
【００４７】
混練条件は、用いる金属粉末の金属組成や粒径、有機バインダーの組成、空隙形成材の組成や形状、およびこれらの配合量等の諸条件により異なるが、その一例を挙げれば、混練温度：５０〜２５０℃程度、混練時間：２０〜２１０分程度とすることができる。混練物は、必要に応じ、ペレット（小塊）化される。ペレットの粒径は、例えば、１〜１５ｍｍ程度とされる。
【００４８】
次に、前記で得られた混練物または該混練物より造粒されたペレットを用いて、射出成形機により射出成形し、所望の形状、寸法の成形体を製造する。この場合、成形金型の選択により、複雑で微細な形状の成形体をも容易に製造することができる。
【００４９】
なお、製造される成形体の形状寸法は、以後の脱脂および焼結による成形体の収縮分を見込んで決定される。
【００５０】
射出成形の成形条件としては、用いる金属粉末の金属組成や粒径、有機バインダーの組成、空隙形成材の組成およびこれらの配合量等の諸条件により異なるが、その一例を挙げれば、材料温度は、好ましくは１００〜３００℃程度、射出圧力は、好ましくは３０〜１５０ｋｇｆ／ｃｍ²程度とされる。
【００５１】
このようにして得られた成形体の断面構造は、図２に示すように、有機バインダー１０中に、金属粉末２０、空隙形成材３０がほぼ均一に分散した状態となる。
【００５２】
［２Ａ］第１の脱脂処理
前記工程［１Ａ］で得られた成形体１に対し、分解開始温度の低い有機バインダー１０についての脱脂処理を施す。
【００５３】
この第１の脱脂処理としては、特に限定されないが、非酸化性雰囲気、例えば真空または減圧状態下（例えば１×１０^-1〜１×１０^-6Torr ）、あるいは窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガス中で、熱処理を行うことによりなされる。
【００５４】
この場合、第１の脱脂処理の条件としては、有機バインダー１０の分解開始温度や、空隙形成材３０の分解開始温度等によって異なるが、好ましくは温度１５０〜５５０℃程度で０．５〜３６時間程度、より好ましくは温度２５０〜５２０℃程度で１〜２４時間程度とされる。
このようにして得られた第１の脱脂体の断面構造を図３に示した。
【００５５】
図３に示したように、有機バインダー１０が存在していた部分が空隙４０となる。また、空隙形成材３０は、残存している。
【００５６】
また、この第１の脱脂処理中に空隙形成材３０が軟化したり、その一部が除去されてもよく、また第１の脱脂処理の完了時点で、有機バインダー１０の一部が残存していてもよい。
【００５７】
［３Ａ］第２の脱脂処理
前記工程［２Ａ］で得られた有機バインダーの除去された第１の脱脂体２に対して、分解開始温度の高い空隙形成材３０を除去する目的で、第２の脱脂処理を施す。
【００５８】
この第２の脱脂処理としては、特に限定されないが、非酸化性雰囲気、例えば真空または減圧状態下（例えば１×１０^-1〜１×１０^-6Torr ）、あるいは窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガス中で、熱処理を行うことによりなされる。
【００５９】
この場合、第２の脱脂処理は、前述の第１の脱脂処理より、高温、長時間の熱処理であることが好ましい。その熱処理の温度、時間の条件は、空隙形成材３０の分解開始温度等によって異なるが、好ましくは温度３５０〜８００℃程度で１〜４８時間程度、より好ましくは温度４００〜７５０℃程度で２〜３６時間程度とされる。
【００６０】
このようにして得られた第２の脱脂体の断面構造を図４に示した。
【００６１】
図４に示したように、第１の脱脂体での空隙４０部分にて金属粉末２０が凝集するとともに、空隙形成材３０が熱分解で除去され、それが存在していた部分が空隙５０となる。また、空隙５０は、空隙４０に比べて大きい。
【００６２】
なお、前述の第１の脱脂処理と第２の脱脂処理については、脱脂炉内の温度を連続的に変化させて行う等、連続して行ってもよい。
【００６３】
［４Ａ］成形体の焼結
以上のようにして得られた第２の脱脂体３を焼結炉で焼成して焼結し、焼結体を製造する。
この焼結により、金属粉末２０は、拡散、粒成長し、結晶粒となる。
【００６４】
焼結における焼結温度は、例えば、金属組成がＮｉまたはＮｉ系合金の場合、好ましくは９５０〜１５００℃程度、より好ましくは１０００〜１４５０℃程度とされ、ＦｅまたはＦｅ系合金の場合、好ましくは１０００〜１５００℃程度、より好ましくは１０５０〜１４５０℃程度とされ、ＴｉまたはＴｉ系合金の場合、好ましくは９５０〜１５００℃程度、より好ましくは１０００〜１４５０℃程度とされる。
【００６５】
焼結時間は、前述したような焼結温度の場合、好ましくは０．５〜８時間程度、より好ましくは１〜５時間程度とされる。
【００６６】
また、焼結雰囲気は、特に限定されないが減圧（真空）下または非酸化性雰囲気とされるのが好ましい。これにより、金属の酸化による特性劣化を防ぐことができる。
【００６７】
好ましい焼結雰囲気としては、１Torr以下（より好ましくは１×１０^-2〜１×１０^-6Torr）の減圧（真空）下、または１〜７６０Torrの窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気、または１〜７６０Torrの水素ガス雰囲気であるのが好ましい。
【００６８】
なお、焼結雰囲気は、焼結の途中で変化してもよい。例えば、最初に１×１０^-2〜１×１０^-6Torrの減圧（真空）下とし、途中で前記のような不活性ガスに切り替えることができる。
【００６９】
得られる焼結体の機械的強度は、得られる焼結体の使用用途等により、特に限定されないが、ＪＩＳＺ２２４１に準じて測定される引張強さで、例えば、金属組成がＮｉまたはＮｉ系合金の場合、好ましくは２２〜４６ｋｇ／ｍｍ²、より好ましくは２７〜４６ｋｇ／ｍｍ²とされ、ＦｅまたはＦｅ系合金の場合、好ましくは１５〜８４ｋｇ／ｍｍ²、より好ましくは２１〜８４ｋｇ／ｍｍ²とされ、ＴｉまたはＴｉ系合金の場合、好ましくは３０〜６３ｋｇ／ｍｍ²、より好ましくは４２〜６３ｋｇ／ｍｍ²とされる。
【００７０】
得られる焼結体の空孔率は、特に限定されないが、１０〜５０vol％であるのが好ましく、１２〜４５vol％であるのがより好ましく、１５〜４０vol％であるのがさらに好ましい。空孔率が下限値未満であると、例えば、得られる焼結体を含油軸受けとした場合、油の保持力が低下する。一方、空孔率が上限値を超えると、機械的強度が低下する場合がある。
【００７１】
このような空孔率を有する焼結体は、例えば、エンジンのシリンダー、含油軸受け、フィルター、多孔質セラミックスのような触媒担体等に利用することができる。また、高い空孔率、機械的強度を有することから、製品の軽量化にも利用することができる。
【００７２】
また、焼結は、２段階またはそれ以上で行ってもよい。例えば、焼結条件の異なる１次焼結と２次焼結を行うことができる。この場合、２次焼結の焼結温度を、１次焼結の焼結温度より高い温度とすることができる。
【００７３】
このようにして得られた焼結体の断面構造を図５に示した。
図５に示したように、第２の脱脂体３で大きな空隙５０だった部分がそのまま空孔７０となり、かつ隣り合う金属粉末２０間で、拡散が進行し、強固な結合が形成される。
【００７４】
このような空孔７０は、連続しているもの（連続孔）でも、独立しているもの（独立孔）でもよいが、例えば、エンジンのシリンダー、含油軸受け、フィルターのような、用途上流体の通過を伴うものの場合は、連続孔であるのが好ましい。また、単に軽量化を目的とする場合などには、独立孔であってもよい。
【００７５】
なお、本発明においては、任意の目的で、工程［１Ａ］の前工程、工程［１Ａ］〜［４Ａ］の間に存在する中間工程、または工程［４Ａ］の後工程が存在していてもよい。
なお、後工程として、例えば、バリ取り、洗浄等を行ってもよい。
【００７６】
また、得られた焼結体４の表面全体に金メッキ、クロムメッキ、パラジウムメッキのような金属メッキ等の湿式メッキや、イオンプレーティング、スパッタリング、真空蒸着等の乾式メッキや、窒化処理のような表面硬化処理等の表面処理を加えてもよい。これにより、耐食性の向上等を図ることができる。
【００７７】
【実施例】
次に、本発明の焼結体の製造方法の具体的実施例について説明する。
【００７８】
（実施例１）
原料粉末（金属粉末）として、ガスアトマイズ法により製造された平均粒径１０μｍのステンレス鋼（ＳＵＳ３１６／組成：Ｆｅ−１８wt％Ｃｒ−１２wt％Ｎｉ−２．５wt％Ｍｏ合金）粉末を用いた。
【００７９】
空隙形成材として、ペレット状のポリブチレンテレフタレートを粉砕、分級して平均粒径８０μｍのものを用いた。
【００８０】
この金属粉末：８７wt％と、空隙形成材：４wt％に、ポリスチレン（ＰＳ）：２．４wt％、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）：２．７wt％およびパラフィンワックス：２．５wt％から構成される有機バインダーと、ジブチルフタレート（可塑剤）：１．４wt％とを混合し、これらを混練機にて１００℃×１時間の条件で混練した。
【００８１】
次に、この混練物を粉砕、分級して平均粒径３ｍｍのペレットとし、該ペレットを用い、射出形成機にて金属粉末射出成形（ＭＩＭ）し、成形体（２００個）を製造した。このとき成形体は、第１の脱脂処理、第２の脱脂処理、焼結時での収縮を考慮して、焼結体の寸法が平行部の幅１０ｍｍ、平行部の長さ４０ｍｍ、厚さ３ｍｍの引張試験片形状となるように成形した。射出成形時における成形条件は、金型温度２０℃、射出圧力８０ｋｇｆ／ｃｍ²であった。
なお、成形体中における金属粉末の含有量は、約８６．８wt％であった。
【００８２】
次に、この成形体に対し、脱脂炉を用いて第１の脱脂処理を行った。脱脂条件は、７６０Torr（常圧）の窒素雰囲気下で、４５０℃×１時間保持した。
【００８３】
さらに、この第１の脱脂体に対し、脱脂炉を用いて第２の脱脂処理を行った。脱脂条件は、７６０Torr（常圧）の窒素雰囲気下で、５８０℃×３時間保持した。
【００８４】
次に、この第２の脱脂体に対し、焼結炉を用いて焼結を行い、焼結体を得た。焼結条件は、７６０Torr（常圧）のアルゴンガス雰囲気中で１３５０℃×３時間とした。
【００８５】
（比較例１）
金属粉末、有機バインダーおよび可塑剤は、実施例１と同一のものを用いた。これらの混合比は、金属粉末：９１．７wt％、ポリスチレン（ＰＳ）：２．１wt％、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）：２．５wt％およびパラフィンワックス：２．３wt％から構成される有機バインダーと、ジブチルフタレート（可塑剤）：１．４wt％とを混合し、これらを混練機にて１００℃×１時間の条件で混練した。
なお、空隙形成材は、用いなかった。
【００８６】
次に、この混練物を粉砕、分級して平均粒径３ｍｍのペレットとし、該ペレットを用い、射出形成機にて金属粉末射出成形（ＭＩＭ）し、成形体（２００個）を製造した。このとき成形体は、脱脂処理、焼結時での収縮を考慮して、焼結体の寸法が平行部の幅１０ｍｍ、平行部の長さ４０ｍｍ、厚さ３ｍｍの引張試験片形状となるように成形した。射出成形時における成形条件は、金型温度２０℃、射出圧力８０ｋｇｆ／ｃｍ²であった。
なお、成形体中における金属粉末の含有量は、約９１．６wt％であった。
【００８７】
次に、この成形体に対し、脱脂炉を用いて脱脂処理を行った。脱脂条件は、７６０Torr（常圧）の窒素雰囲気下で、４５０℃×１時間保持した。
【００８８】
次に、この脱脂体に対し、焼結炉を用いて焼結を行い、焼結体を得た。焼結条件は、７６０Torr（常圧）のアルゴンガス雰囲気中で１３５０℃×３時間とした。
【００８９】
（比較例２）
金属粉末として、ガスアトマイズ法により製造された平均粒径１５０μｍのステンレス鋼（ＳＵＳ３１６／組成：Ｆｅ−１８wt％Ｃｒ−１２wt％Ｎｉ−２．５wt％Ｍｏ合金）粉末を用いた。
【００９０】
この金属粉末：９８．５wt％に、流動パラフィン：１．５wt％を有機バインダーとして添加し、これらを混合機にて５０℃×３０分の条件で混合した。
【００９１】
この混練物を１０ｔｏｎ／ｃｍ²で成形し、成形体（２００個）を得た。このとき成形体は、焼結時での収縮を考慮して、焼結体の寸法が平行部の幅１０ｍｍ、平行部の長さ４０ｍｍ、厚さ３ｍｍの引張試験片形状となるように成形した。
【００９２】
つぎに、この焼結体に対し、焼結炉を用いて焼結を行い、焼結体を得た。なお、焼結温度と焼結時間を制御することにより、焼結を中途で止めた。これにより高空孔率を得ようとした。焼結条件は、２０Torrの水素雰囲気中、１０５０℃×２時間とした。
【００９３】
（比較例３）
１１５０℃×２時間の条件で焼結した以外は、比較例２と同様にして焼結体を作製した。
【００９４】
以上のようにして得られた焼結体について、空孔率、機械的強度および寸法精度の測定を行った。
【００９５】
空孔率の測定は、ＪＩＳＺ２５０５に準じて焼結密度を測定し、理論密度との比から空孔率を計算した。
【００９６】
また、機械的強度の評価として、引張強さの測定を行った。この引張強さの測定は、ＪＩＳＺ２２４１に準じて行った。
【００９７】
寸法精度は、それぞれ２００個の焼結体の平行部幅（平均値）および厚さ（平均値）の寸法を測定し、設計値からの誤差を求めることにより行った。
【００９８】
これらの結果を表１に示した。
【００９９】
【表１】

【０１００】
表１から明らかなように、本発明の焼結体の製造方法を用いて得られた焼結体１は、高い空孔率、機械的強度および寸法精度を有している。
【０１０１】
これに対し、比較例１で得られた焼結体は、機械的強度は大きいが、空孔率は、非常に低いものとなっている。
【０１０２】
また、比較例２で得られた焼結体は、空孔率は比較的高いが、機械的強度は、非常に小さいものとなっている。
【０１０３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、高空孔率、高機械的強度で、寸法精度の高い焼結体を製造することができる。
また、高い空孔率を有するため、製造物の軽量化を図ることができる。
【０１０４】
また、用いる金属粉末の種類を適宜選択することにより、従来加工が困難とされた硬質材料や比較的高融点の材料に対しても、金属焼結体の用途、機能の拡大が図れる。
【０１０５】
このような焼結体は、例えば、エンジンのシリンダー、含油軸受け、フィルター、多孔質セラミックスのような触媒担体等の製造に適用する場合、上記効果が特に有効に発揮される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の金属焼結体の製造方法による第１実施形態を示す工程図である。
【図２】成形体製造時における成形体の断面構造（内部金属組織）を示す模式図である。
【図３】第１の脱脂後の成形体（第１の脱脂体）の断面構造（内部金属組織）を示す模式図である。
【図４】第２の脱脂後の成形体（第２の脱脂体）の断面構造（内部金属組織）を示す模式図である。
【図５】焼結体の断面構造（内部金属組織）を示す模式図である。
【符号の説明】
１成形体
２第１の脱脂体
３第２の脱脂体
４焼結体
１０有機バインダー
２０原料粉末（金属粉末）
３０空隙形成材
４０空隙
５０空隙
６０結晶粒
７０空孔
１Ａ〜４Ａ工程[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing a sintered body and a sintered body.
[0002]
[Prior art]
As a product using a porous sintered body having a relatively large number of pores therein, for example, there is an oil-impregnated bearing.
[0003]
As a method for manufacturing such a sintered body, a powder sintering method or the like is known.
In the case of producing such a sintered body having a high porosity, in the powder sintering method, the sintering temperature is set to a relatively low temperature and the sintering is stopped halfway.
[0004]
However, in such a method, since the sintering is stopped halfway, variations in the sintered density and dimensional variations of the obtained sintered body increase due to the influence of temperature variations at positions inside the sintering furnace. Moreover, since the diffusion between the powders did not proceed sufficiently, the obtained sintered body had low mechanical strength. In particular, in the case of a molded body having a large difference in thickness, the obtained sintered body is likely to be deformed, and sintered defects such as cracks are likely to occur.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a method for producing a sintered body and a sintered body capable of obtaining a sintered body with high porosity, high dimensional accuracy and high mechanical strength.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
Such an object is achieved by the present inventions (1) to (12) below.
[0007]
(1) Molding using a composition comprising a raw material powder, an organic binder, and a void forming material made of a thermoplastic resin having a decomposition start temperature of 350 to 650 ° C. higher than the decomposition start temperature of the organic binder. Forming the body,
A first degreasing step of removing the organic binder from the molded body to obtain a first degreased body;
A second degreasing step of removing the void forming material from the first degreased body to obtain a second degreased body;
Sintering the second degreased body to obtain a sintered body,
The organic binder and the gap forming material have a decomposition start temperature of the organic binder T ₁ C, the decomposition start temperature of the void forming material is T ₂ 0.2 ≤ T when set to ° C ₁ / T ₂ The manufacturing method of the sintered compact characterized by having the relationship of <= 0.8.
[0008]
(2) The method for producing a sintered body according to (1), wherein the content of the void forming material in the composition is 1 to 20 wt%.
[0009]
(3) The method for producing a sintered body according to (1) or (2), wherein the shape of the void forming material in the composition is granular.
[0010]
(4) The method for producing a sintered body according to (3), wherein an average particle diameter of the void forming material in the composition is 50 to 150 μm.
[0013]
(7) The method for producing a sintered body according to any one of (1) to (6), wherein the raw material powder is a metal powder.
[0014]
(8) The method for producing a sintered body according to (7), wherein the content of the metal powder in the composition is 50 to 96 wt%.
[0015]
(9) The method for producing a sintered body according to (7) or (8), wherein the average particle diameter of the metal powder in the composition is 1 to 100 μm.
[0016]
(10) The method for manufacturing a sintered body according to any one of (1) to (9), wherein the manufacturing of the sintered body is performed by injection molding.
[0017]
(11) A sintered body produced by the method for producing a sintered body according to any one of (1) to (10).
[0018]
(12) The sintered body according to (11), wherein the sintered body has a porosity of 10 to 50 vol%.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the manufacturing method of the sintered compact of this invention is demonstrated in detail.
[0020]
FIG. 1 is a process diagram illustrating a first embodiment of a method for producing a sintered body according to the present invention, and FIGS. 2 to 5 are schematic diagrams illustrating a cross-sectional structure (internal metal structure) of a molded body and the like in each process. It is.
[0021]
Hereinafter, 1st Embodiment of the manufacturing method of a sintered compact is described, referring each figure.
[0022]
[1A] Manufacture of molded body
A molded body having a shape corresponding to the sintered body to be manufactured is manufactured. The method for producing the molded body is not particularly limited, and examples thereof include compression molding (compact molding), extrusion molding, injection molding, and the like. In particular, when the raw material powder is a metal powder, metal injection molding (MIM: Metal injection molding) is preferred.
[0023]
This MIM method has the advantage that it can produce a sintered body having a relatively small size or a complicated and fine shape, and can fully utilize the characteristics of the metal powder to be used. Therefore, the effect is exhibited effectively, which is preferable.
Hereinafter, preparation of a composition by the MIM method and production of a molded body will be described.
[0024]
First, a metal powder as a raw material powder, an organic binder, and a void forming material having a decomposition start temperature higher than the decomposition start temperature of the organic binder are prepared, and these are kneaded by a kneader to prepare a kneaded product (compound). obtain.
In this composition, the metal powder and the void forming material are uniformly dispersed.
[0025]
It is preferable that the metal powder, the organic binder, and the void forming material do not chemically react with each other.
[0026]
The metal material constituting the metal powder (hereinafter simply referred to as “metal material”) is not particularly limited. For example, Fe, Ni, Co, Cr, Mn, Zn, Pt, Au, Ag, Cu, Pd, Al , W, Ti, V, Mo, Nb, Zr and the like, or an alloy containing (mainly) at least one of these.
[0027]
Two or more kinds of metal powders having different compositions may be mixed and used. As a result, an alloy composition that could not be manufactured by conventional casting can be used. In addition, a sintered body having a new function or multiple functions can be easily manufactured, and the functions and applications of the sintered body can be expanded.
[0028]
The average particle diameter of the metal powder is not particularly limited, but is preferably 1 to 100 μm, more preferably 3 to 80 μm, and further preferably 3 to 50 μm. When the average particle diameter exceeds the upper limit, the fluidity of the kneaded product during kneading and injection molding is lowered, and the operability may be lowered. On the other hand, if the average particle size is less than the lower limit, the amount of the organic binder necessary to ensure the fluidity of the kneaded product increases, and the dimensional stability is likely to deteriorate during degreasing and sintering. . Moreover, since the activity of powder becomes high, the danger of ignition etc. may become high.
[0029]
The content of the metal powder is preferably 50 to 96 wt% of the entire kneaded product, and more preferably 53 to 94 wt%. When the content exceeds the upper limit value, depending on the blending ratio of the organic binder and the void forming material, etc., the fluidity of the kneaded product may decrease, or the porosity of the obtained sintered body may decrease. On the other hand, if the content is less than the lower limit, the mechanical strength and dimensional stability of the obtained sintered body may be lowered.
[0030]
In addition, the manufacturing method of metal powder is not specifically limited, For example, what was manufactured by the water or gas atomizing method, the reduction method, the carbonyl method, and the grinding | pulverization method can be used, The atomizing method is preferable.
[0031]
This raw material powder may be a ceramic powder or the like in addition to a metal powder.
The ceramic material constituting the ceramic powder (hereinafter simply referred to as “ceramic material”) is not particularly limited, and examples thereof include alumina, zirconia, silicon nitride, silicon carbide, aluminum nitride, and titania.
[0032]
Moreover, the average particle diameter and content of ceramic powder are not specifically limited, For example, an average particle diameter can be 0.1-5 micrometers and content can be 50-85 wt%.
[0033]
The organic binder has a decomposition initiation temperature lower than that of the void forming material described later.
The decomposition start temperature of the organic binder varies depending on the decomposition start temperature of the void forming material, but is preferably 100 to 500 ° C, more preferably 120 to 450 ° C, and further preferably 150 to 400 ° C. preferable. When the decomposition start temperature is less than the lower limit value, a part of the organic binder may be decomposed during kneading or injection molding, and molding stability may be lowered. On the other hand, when the decomposition start temperature exceeds the upper limit, depending on the decomposition start temperature of the void forming material, the void forming material removed in the first degreasing process described later increases, and the porosity of the obtained sintered body is increased. May be reduced.
[0034]
Examples of such an organic binder include polyolefins such as polyethylene, polypropylene, and ethylene-vinyl acetate copolymers, acrylic resins such as polymethyl methacrylate and polybutyl methacrylate, styrene resins such as polystyrene, polyvinyl chloride, and poly Various resins such as vinylidene chloride, polyamide, polyester, polyether, polyvinyl alcohol, or copolymers thereof, various waxes, paraffin, higher fatty acids (eg, stearic acid), higher alcohols, higher fatty acid esters, higher fatty acid amides, etc. Among these, one kind or a mixture of two or more kinds can be used.
[0035]
Moreover, it is preferable that content of an organic binder is 3-30 wt% of the whole kneaded material, and it is more preferable that it is 5-25 wt%. When the content is less than the lower limit, the fluidity of the kneaded product during kneading and injection molding is lowered, and the operability may be lowered. On the other hand, if the content exceeds the upper limit, the mechanical strength and dimensional stability of the obtained sintered body may be lowered.
[0036]
The void forming material has a decomposition start temperature higher than the decomposition start temperature of the organic binder. Accordingly, the softening point of the void forming material is higher than the softening point of the organic binder.
[0037]
Therefore, the void forming material is not softened during the kneading described later, and is hardly removed in the first degreasing treatment.
[0038]
The softening point of the void forming material varies depending on the softening point of the organic binder and the like, but is preferably 150 to 340 ° C, more preferably 180 to 320 ° C, and further preferably 200 to 300 ° C. If the softening point is less than the lower limit, the void forming material may be softened during kneading or injection molding depending on the softening point of the organic binder. On the other hand, when the softening point exceeds the upper limit value, the decomposition start temperature also becomes considerably high, and the energy required for the second degreasing treatment described later may increase. In addition, the carbide in the sintered body increases and the amount of residual carbon increases, which may cause deterioration of the mechanical properties of the sintered body and partial dissolution of the sintered body.
[0039]
Moreover, although the decomposition start temperature of a space | gap formation material changes with decomposition start temperatures of an organic binder, etc., it is preferable that it is 350-650 degreeC, it is more preferable that it is 380-630 degreeC, and it is 400-600 degreeC. Is more preferable. If the decomposition start temperature is less than the lower limit value, the ratio of the void forming material removed in the first degreasing treatment described later may increase depending on the decomposition start temperature of the organic binder. On the other hand, if the decomposition start temperature exceeds the upper limit value, the energy required for the second degreasing treatment described later may increase. In addition, an increase in carbides in the sintered body and an increase in the amount of residual carbon may occur, resulting in a decrease in mechanical properties of the sintered body and partial dissolution of the sintered body.
[0040]
Examples of such void forming materials include polyesters such as polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate, acrylic resins such as polymethyl methacrylate and polybutyl methacrylate, polyphenylene sulfide, polyimide, polycarbonate, polyacetal, polyethersulfone, and polyetherether. Various resins such as ketones and liquid crystal polymers can be used, and one or more of these can be used in combination.
[0041]
The decomposition start temperature of the organic binder is T ₁ ℃, the decomposition start temperature of the void forming material T ₂ When it is set to ° C., it is preferable that the following formula (I) is satisfied.
0.2 ≦ T ₁ / T ₂ ≦ 0.8 ... (I)
Further, it is more preferable to satisfy the formula (II) instead of the formula (I), and it is more preferable to satisfy the formula (III).
0.25 ≦ T ₁ / T ₂ ≦ 0.75 (II)
0.3 ≦ T ₁ / T ₂ ≦ 0.7 (III)
T ₁ / T ₂ If the value exceeds the upper limit value in the above formula, the proportion of the void forming material removed in the first degreasing process described later may increase. On the other hand, T ₁ / T ₂ When the value is less than the lower limit in the above formula, a part of the organic binder is decomposed at the time of kneading or injection molding by the combination of the organic binder and the gap forming material, or in the second degreasing treatment described later. The energy required may increase.
[0042]
The content of the void forming material is preferably 1 to 20 wt%, more preferably 2 to 18 wt% of the entire kneaded product. When the content is less than the lower limit, the porosity of the obtained sintered body may be lowered. On the other hand, when the content exceeds the upper limit value, the mechanical strength of the obtained sintered body may be lowered.
[0043]
The shape of the gap forming material is not particularly limited, and examples thereof include a rod shape, a fiber shape, and a granular shape, and a granular shape is preferable.
[0044]
When the shape of the void forming material is granular, the average particle size is preferably 50 to 150 μm, and more preferably 50 to 100 μm. If the average particle size is less than the lower limit, the porosity may be lowered depending on the content of the void forming material. On the other hand, when the average particle size exceeds the upper limit value, the mechanical strength may decrease depending on the size of the obtained sintered body.
[0045]
Further, a plasticizer may be further added. Examples of the plasticizer include phthalic acid esters (eg, DOP, DEP, DBP), adipic acid esters, trimellitic acid esters, sebacic acid esters, and the like, and one or more of these are mixed. Can be used.
[0046]
In addition to the metal powder, organic binder, void forming material, and plasticizer, various additives such as an antioxidant, a degreasing accelerator, and a surfactant are added to the kneaded material as necessary. Can do.
[0047]
The kneading conditions vary depending on various conditions such as the metal composition and particle size of the metal powder to be used, the composition of the organic binder, the composition and shape of the void forming material, and the blending amount thereof. For example, the kneading temperature: 50 ˜250 ° C., kneading time: about 20 to 210 minutes. The kneaded product is formed into pellets (small lumps) as necessary. The particle size of the pellet is, for example, about 1 to 15 mm.
[0048]
Next, by using the kneaded product obtained above or pellets granulated from the kneaded product, injection molding is performed by an injection molding machine to produce a molded body having a desired shape and size. In this case, a molded body having a complicated and fine shape can be easily manufactured by selecting a molding die.
[0049]
The shape and size of the molded body to be manufactured are determined in consideration of the shrinkage of the molded body due to subsequent degreasing and sintering.
[0050]
The molding conditions for injection molding vary depending on various conditions such as the metal composition and particle size of the metal powder to be used, the composition of the organic binder, the composition of the void forming material, and the blending amount thereof. For example, the material temperature is The injection pressure is preferably 30 to 150 kgf / cm. ² It is said to be about.
[0051]
As shown in FIG. 2, the cross-sectional structure of the molded body thus obtained is in a state in which the metal powder 20 and the void forming material 30 are almost uniformly dispersed in the organic binder 10.
[0052]
[2A] First degreasing treatment
The molded body 1 obtained in the step [1A] is degreased with respect to the organic binder 10 having a low decomposition start temperature.
[0053]
Although it does not specifically limit as this 1st degreasing process, For example, in a non-oxidizing atmosphere, for example, a vacuum or a pressure reduction state (for example, 1x10) ^-1 ~ 1x10 ^-6 Torr), or by performing heat treatment in an inert gas such as nitrogen gas or argon gas.
[0054]
In this case, the conditions for the first degreasing treatment vary depending on the decomposition start temperature of the organic binder 10, the decomposition start temperature of the void forming material 30, and the like, but preferably at a temperature of about 150 to 550 ° C. for 0.5 to 36 hours. The temperature is preferably about 250 to 520 ° C. and about 1 to 24 hours.
The cross-sectional structure of the first degreased body thus obtained is shown in FIG.
[0055]
As shown in FIG. 3, the portion where the organic binder 10 was present becomes a void 40. Further, the gap forming material 30 remains.
[0056]
Further, the gap forming material 30 may be softened during the first degreasing process, or a part thereof may be removed, and a part of the organic binder 10 remains when the first degreasing process is completed. May be.
[0057]
[3A] Second degreasing treatment
A second degreasing treatment is performed on the first degreased body 2 from which the organic binder obtained in the step [2A] has been removed for the purpose of removing the void forming material 30 having a high decomposition start temperature.
[0058]
Although it does not specifically limit as this 2nd degreasing process, For example, in a non-oxidizing atmosphere, for example, a vacuum or a pressure-reduced state (for example, 1x10 ^-1 ~ 1x10 ^-6 Torr), or by performing heat treatment in an inert gas such as nitrogen gas or argon gas.
[0059]
In this case, the second degreasing treatment is preferably a heat treatment at a higher temperature and longer time than the first degreasing treatment described above. The temperature and time conditions for the heat treatment vary depending on the decomposition start temperature of the void forming material 30 and the like, but are preferably about 350 to 800 ° C. for about 1 to 48 hours, more preferably about 400 to 750 ° C. It is about 36 hours.
[0060]
The cross-sectional structure of the second degreased body thus obtained is shown in FIG.
[0061]
As shown in FIG. 4, the metal powder 20 aggregates in the gap 40 portion of the first degreased body, and the gap forming material 30 is removed by thermal decomposition. Become. Further, the gap 50 is larger than the gap 40.
[0062]
Note that the first degreasing process and the second degreasing process described above may be performed continuously, such as by continuously changing the temperature in the degreasing furnace.
[0063]
[4A] Sintering of compact
The second degreased body 3 obtained as described above is fired and sintered in a sintering furnace to produce a sintered body.
By this sintering, the metal powder 20 diffuses and grows into grains.
[0064]
The sintering temperature in the sintering is, for example, preferably about 950 to 1500 ° C., more preferably about 1000 to 1450 ° C. when the metal composition is Ni or Ni-based alloy, and preferably about Fe to Fe-based alloy. It is about 1000-1500 degreeC, More preferably, it is about 1050-1450 degreeC, In the case of Ti or a Ti-type alloy, Preferably it is about 950-1500 degreeC, More preferably, it is about 1000-1450 degreeC.
[0065]
In the case of the sintering temperature as described above, the sintering time is preferably about 0.5 to 8 hours, more preferably about 1 to 5 hours.
[0066]
The sintering atmosphere is not particularly limited, but is preferably a reduced pressure (vacuum) or non-oxidizing atmosphere. Thereby, characteristic deterioration due to metal oxidation can be prevented.
[0067]
A preferable sintering atmosphere is 1 Torr or less (more preferably 1 × 10 6 ^-2 ~ 1x10 ^-6 Torr) is preferably under reduced pressure (vacuum), or an inert gas atmosphere such as 1 to 760 Torr of nitrogen gas or argon gas, or a hydrogen gas atmosphere of 1 to 760 Torr.
[0068]
Note that the sintering atmosphere may change during the sintering. For example, first 1 × 10 ^-2 ~ 1x10 ^-6 Under Torr reduced pressure (vacuum), it can be switched to the inert gas as described above.
[0069]
The mechanical strength of the obtained sintered body is not particularly limited depending on the intended use of the obtained sintered body, but the tensile strength measured according to JIS Z 2241. For example, the metal composition is Ni or Ni-based. In the case of an alloy, preferably 22 to 46 kg / mm ² , More preferably 27-46 kg / mm ² In the case of Fe or an Fe-based alloy, preferably 15 to 84 kg / mm ² , More preferably 21 to 84 kg / mm ² In the case of Ti or a Ti-based alloy, preferably 30 to 63 kg / mm ² , More preferably 42 to 63 kg / mm ² It is said.
[0070]
The porosity of the obtained sintered body is not particularly limited, but is preferably 10 to 50 vol%, more preferably 12 to 45 vol%, and still more preferably 15 to 40 vol%. When the porosity is less than the lower limit, for example, when the obtained sintered body is an oil-impregnated bearing, the oil holding force is reduced. On the other hand, when the porosity exceeds the upper limit value, the mechanical strength may decrease.
[0071]
The sintered body having such a porosity can be used for, for example, an engine cylinder, an oil-impregnated bearing, a filter, a catalyst carrier such as porous ceramics, and the like. Moreover, since it has a high porosity and mechanical strength, it can also be used to reduce the weight of products.
[0072]
Sintering may be performed in two stages or more. For example, primary sintering and secondary sintering with different sintering conditions can be performed. In this case, the sintering temperature of secondary sintering can be higher than the sintering temperature of primary sintering.
[0073]
The cross-sectional structure of the sintered body thus obtained is shown in FIG.
As shown in FIG. 5, the portion of the second degreased body 3 that was a large gap 50 becomes a hole 70 as it is, and diffusion proceeds between adjacent metal powders 20 to form a strong bond.
[0074]
Such air holes 70 may be continuous (continuous holes) or independent (independent holes). However, for example, a fluid such as an engine cylinder, an oil-impregnated bearing, or a filter may be used. In the case of a thing involving passage, it is preferably a continuous hole. Moreover, an independent hole may be sufficient when it only aims at weight reduction.
[0075]
In the present invention, for any purpose, there may be a pre-step of step [1A], an intermediate step existing between steps [1A] to [4A], or a post-step of step [4A]. Good.
In addition, as a post process, you may perform a deburring, washing | cleaning, etc., for example.
[0076]
Further, the entire surface of the obtained sintered body 4 is wet plated such as metal plating such as gold plating, chrome plating or palladium plating, dry plating such as ion plating, sputtering or vacuum deposition, or nitriding treatment. A surface treatment such as a surface hardening treatment may be added. Thereby, improvement of corrosion resistance etc. can be aimed at.
[0077]
【Example】
Next, specific examples of the method for producing a sintered body of the present invention will be described.
[0078]
Example 1
As the raw material powder (metal powder), stainless steel (SUS316 / composition: Fe-18 wt% Cr-12 wt% Ni-2.5 wt% Mo alloy) powder having an average particle diameter of 10 μm manufactured by a gas atomization method was used.
[0079]
As the void forming material, pellet-shaped polybutylene terephthalate was pulverized and classified, and an average particle size of 80 μm was used.
[0080]
From this metal powder: 87 wt%, void forming material: 4 wt%, polystyrene (PS): 2.4 wt%, ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA): 2.7 wt% and paraffin wax: 2.5 wt% The constituted organic binder and dibutyl phthalate (plasticizer): 1.4 wt% were mixed, and these were kneaded in a kneader at 100 ° C. for 1 hour.
[0081]
Next, the kneaded product was pulverized and classified to form pellets having an average particle diameter of 3 mm. Using the pellets, metal powder injection molding (MIM) was performed with an injection molding machine to produce compacts (200 pieces). At this time, in consideration of the shrinkage during the first degreasing treatment, the second degreasing treatment, and the sintering, the compact has a parallel portion width of 10 mm, a parallel portion length of 40 mm, and a thickness. It shape | molded so that it might become a 3 mm tensile test piece shape. Molding conditions during injection molding are: mold temperature 20 ° C., injection pressure 80 kgf / cm ² Met.
The content of the metal powder in the compact was about 86.8 wt%.
[0082]
Next, 1st degreasing process was performed with respect to this molded object using the degreasing furnace. The degreasing conditions were maintained at 450 ° C. for 1 hour under a nitrogen atmosphere of 760 Torr (normal pressure).
[0083]
Furthermore, a second degreasing treatment was performed on the first degreased body using a degreasing furnace. The degreasing conditions were maintained at 580 ° C. for 3 hours under a nitrogen atmosphere of 760 Torr (normal pressure).
[0084]
Next, the second degreased body was sintered using a sintering furnace to obtain a sintered body. The sintering conditions were 1350 ° C. × 3 hours in an argon gas atmosphere of 760 Torr (normal pressure).
[0085]
(Comparative Example 1)
The same metal powder, organic binder and plasticizer as in Example 1 were used. These mixing ratios consisted of metal powder: 91.7 wt%, polystyrene (PS): 2.1 wt%, ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA): 2.5 wt% and paraffin wax: 2.3 wt%. The organic binder and dibutyl phthalate (plasticizer): 1.4 wt% were mixed and kneaded in a kneader at 100 ° C. for 1 hour.
Note that no void forming material was used.
[0086]
Next, the kneaded product was pulverized and classified to form pellets having an average particle diameter of 3 mm. Using the pellets, metal powder injection molding (MIM) was performed with an injection molding machine to produce compacts (200 pieces). At this time, in consideration of shrinkage at the time of degreasing and sintering, the molded body has a tensile test piece shape in which the size of the sintered body is a width of the parallel portion of 10 mm, a length of the parallel portion of 40 mm, and a thickness of 3 mm. Molded into. Molding conditions during injection molding are: mold temperature 20 ° C., injection pressure 80 kgf / cm ² Met.
The content of the metal powder in the compact was about 91.6 wt%.
[0087]
Next, the compact was subjected to a degreasing process using a degreasing furnace. The degreasing conditions were maintained at 450 ° C. for 1 hour under a nitrogen atmosphere of 760 Torr (normal pressure).
[0088]
Next, this degreased body was sintered using a sintering furnace to obtain a sintered body. The sintering conditions were 1350 ° C. × 3 hours in an argon gas atmosphere of 760 Torr (normal pressure).
[0089]
(Comparative Example 2)
As the metal powder, stainless steel (SUS316 / composition: Fe-18 wt% Cr-12 wt% Ni-2.5 wt% Mo alloy) powder having an average particle diameter of 150 μm manufactured by a gas atomization method was used.
[0090]
To this metal powder: 98.5 wt%, liquid paraffin: 1.5 wt% was added as an organic binder, and these were mixed in a mixer at 50 ° C for 30 minutes.
[0091]
This kneaded product is 10 ton / cm. ² The molded body (200 pieces) was obtained. At this time, in consideration of shrinkage at the time of sintering, the molded body was molded so that the size of the sintered body was a tensile test piece shape with a parallel part width of 10 mm, a parallel part length of 40 mm, and a thickness of 3 mm. .
[0092]
Next, this sintered body was sintered using a sintering furnace to obtain a sintered body. The sintering was stopped midway by controlling the sintering temperature and the sintering time. This attempted to obtain a high porosity. The sintering conditions were 1050 ° C. × 2 hours in a hydrogen atmosphere of 20 Torr.
[0093]
(Comparative Example 3)
A sintered body was produced in the same manner as in Comparative Example 2 except that sintering was performed at 1150 ° C. for 2 hours.
[0094]
The sintered body obtained as described above was measured for porosity, mechanical strength, and dimensional accuracy.
[0095]
The porosity was measured by measuring the sintered density according to JIS Z 2505 and calculating the porosity from the ratio with the theoretical density.
[0096]
Moreover, the tensile strength was measured as mechanical strength evaluation. The tensile strength was measured according to JIS Z 2241.
[0097]
The dimensional accuracy was determined by measuring the dimensions of the parallel part width (average value) and thickness (average value) of 200 sintered bodies, and obtaining an error from the design value.
[0098]
These results are shown in Table 1.
[0099]
[Table 1]

[0100]
As apparent from Table 1, the sintered body 1 obtained using the method for producing a sintered body of the present invention has high porosity, mechanical strength, and dimensional accuracy.
[0101]
On the other hand, the sintered body obtained in Comparative Example 1 has a high mechanical strength but a very low porosity.
[0102]
In addition, the sintered body obtained in Comparative Example 2 has a relatively high porosity, but has a very low mechanical strength.
[0103]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a sintered body having high porosity, high mechanical strength, and high dimensional accuracy can be manufactured.
Moreover, since it has a high porosity, the weight of the product can be reduced.
[0104]
Further, by appropriately selecting the type of metal powder to be used, the use and function of the metal sintered body can be expanded even for hard materials and materials having a relatively high melting point that have been difficult to process.
[0105]
Such a sintered body exhibits the above-described effect particularly effectively when applied to the production of catalyst carriers such as engine cylinders, oil-impregnated bearings, filters, and porous ceramics.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a process diagram showing a first embodiment according to a method for producing a sintered metal body of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure (internal metallographic structure) of a molded body during manufacturing of the molded body.
FIG. 3 is a schematic view showing a cross-sectional structure (internal metal structure) of a molded body (first degreased body) after the first degreasing.
FIG. 4 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure (internal metallographic structure) of a molded body (second degreased body) after the second degreasing.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure (internal metal structure) of a sintered body.
[Explanation of symbols]
1 Molded body
2 First degreased body
3 Second degreased body
4 Sintered body
10 Organic binder
20 Raw material powder (metal powder)
30 Void forming material
40 gap
50 gap
60 crystal grains
70 holes
1A-4A process

Claims

原料粉末と、有機バインダーと、前記有機バインダーの分解開始温度より高く、且つ３５０〜６５０℃の分解開始温度を有する熱可塑性樹脂からなる空隙形成材と、を含む組成物を用いて成形体を成形する工程と、
前記成形体から前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、
前記第１の脱脂体から前記空隙形成材を除去し、第２の脱脂体を得る第２の脱脂工程と、
前記第２の脱脂体を焼結して焼結体を得る工程とを有し、
前記有機バインダーと前記空隙形成材は、前記有機バインダーの分解開始温度をＴ_１℃、前記空隙形成材の分解開始温度をＴ_２℃としたとき、０．２≦Ｔ₁／Ｔ₂≦０．８の関係を有することを特徴とする焼結体の製造方法。Molding a molded body using a composition comprising a raw material powder, an organic binder, and a void forming material made of a thermoplastic resin having a decomposition start temperature of 350 to 650 ° C. higher than the decomposition start temperature of the organic binder. And the process of
A first degreasing step of removing the organic binder from the molded body to obtain a first degreased body;
A second degreasing step of removing the void forming material from the first degreased body to obtain a second degreased body;
Sintering the second degreased body to obtain a sintered body,
When the decomposition start temperature of the organic binder is T ₁ ° C and the decomposition start temperature of the gap formation material is T ₂ ° C, the organic binder and the gap forming material are 0.2 ≦ T ₁ / T ₂ ≦ 0. A method for producing a sintered body, characterized by having a relationship of 8.

前記組成物中における前記空隙形成材の含有量は、１〜２０wt％である請求項１に記載の焼結体の製造方法。 The method for producing a sintered body according to claim 1, wherein the content of the void forming material in the composition is 1 to 20 wt%.

前記組成物中における前記空隙形成材の形状は、粒状である請求項１または２に記載の焼結体の製造方法。 The method for producing a sintered body according to claim 1 or 2, wherein the shape of the void forming material in the composition is granular.

前記組成物中における前記空隙形成材の平均粒径は、５０〜１５０μｍである請求項３に記載の焼結体の製造方法。 The method for producing a sintered body according to claim 3, wherein an average particle diameter of the void forming material in the composition is 50 to 150 μm.

前記原料粉末は、金属粉末である請求項１ないし４のいずれかに記載の焼結体の製造方法。 The method for manufacturing a sintered body according to any one of claims 1 to 4, wherein the raw material powder is a metal powder.

前記組成物中における前記金属粉末の含有量は、５０〜９６wt％である請求項５に記載の焼結体の製造方法。 The method for producing a sintered body according to claim 5, wherein the content of the metal powder in the composition is 50 to 96 wt%.

前記組成物中における前記金属粉末の平均粒径は、１〜１００μｍである請求項５または６に記載の焼結体の製造方法。 The method for producing a sintered body according to claim 5 or 6, wherein an average particle diameter of the metal powder in the composition is 1 to 100 µm.

前記焼結体の製造は、射出成形により行われる請求項１ないし７のいずれかに記載の焼結体の製造方法。 The method for manufacturing a sintered body according to any one of claims 1 to 7, wherein the sintered body is manufactured by injection molding.

請求項１ないし８のいずれかに記載の焼結体の製造方法により製造されたことを特徴とする焼結体。 A sintered body manufactured by the method for manufacturing a sintered body according to any one of claims 1 to 8.

前記焼結体の空孔率は、１０〜５０vol％である請求項９に記載の焼結体。 The sintered body according to claim 9, wherein a porosity of the sintered body is 10 to 50 vol%.