JPH03122059A - 粉末セラミック物品の製造方法 - 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、アイソスタティック　プレスを用いて粉末セ
ラミック材料からなる物品を製造する方法に関する。

〔従来の技術〕

アイソスタティック　プレスを用いて粉末を一緒に焼結
することによりセラミック材料からなる目的物を製造す
る場合、粉末は通常取り扱い易い粉体へ予め形成される
。予め形成するためには、就中、例えば射出成形の如き
、セラミック商品を製造するための慣用的方法が用いら
れる。その時粉末セラミック材料は、成形前に一時的結
合剤、例えばワックスと通常混合される。予め形成した
後、通常真空中で加熱することにより結合剤は除去され
、その結果それを更に処理する前に、その予め形成され
た粉体は本質的に結合剤を含まなくなっている。

予め形成した粉体を焼結温度でアイソスタティックプレ
スにかける場合、希望の密度の焼結製品を与えるために
、それはケース又は埋め込み材料中に包み込まなければ
ならない、その材料は、プレス中、用いられた加圧媒体
、通常ガスが粉体−中へ浸透するのを防ぐことができる
ものである。埋め込み材料はその内容物と同様、密封前
の成る工程段階中に望ましくないガスが除去される。一
つの既知のガス透過性埋め込み材料は、予め形成した物
体上に層として配置されたガラス粒子からなり、別の既
知の埋め込み材料は、予め形成した物体が埋め込まれる
集合体として集められたガラス粒子からなる。そのよう
なガラスの埋め込み材料は、ガラスを溶融することによ
りガス不透過性にされる。それらは、就中、スウェーデ
ン特許７６００９１９−０（公告番号３９６３７１）（
特許第１３０６９６１号）及び７８１３０１８−４（公
告番号４１４９２１）（特願昭５４−１６９８７０）明
細書に記載されている。

粉末材料から形成された粉体から加熱及び真空処理によ
り一時的結合剤を除去した後、得られた予め形成した粉
体は数十分の−の％の炭化残留物を含むことが判明して
いる。幾つかのセラミック材料では、就中、窒化珪素で
は、この炭化した残留物は予め形成した物体のアイソス
タティックプレスによって得られた目的物の強度を低下
することがある。これは勿論、それが放射状タービン及
び軸状タービンの如き強度が必須の重要性を持つ目的物
になる場合にはかなりの欠点を持つことになる。

酸化に必要な温度で酸化により炭化残留物を除去するこ
とは、予め形成した物体の強度を甚だしく劣化させるこ
とになることが判明している。従って、それはガラスか
らなる埋め込み材料中にその物体を包んだ場合に対して
も不充分なものになる。

強度を改善するために粉体の焼結に頼ることは、アイソ
スタティックプレス中に製造される目的物、特にタービ
ン回転翼の如き薄くて突出した部分を有する目的物の場
合には致命的な変形をもたらすことが判明している。更
に、予め焼結することは、その予め形成した物体に亀裂
を一層大きな程度まで生ずる結果になり、それはスクラ
ップを多くすることにもなる。

本発明によれば、上記問題を解消し、アイソスタティッ
ク　プレスを用いて優れた再現性を持つ圧搾焼結物品を
製造することができることが判明している。本発明は、
そのような材料、例えば二硼化チタンからなる目的物を
製造する時に利点を有する。その場合予め形成した粉体
中の炭化残留物の生成は、最終的アイソスタティックプ
レス生成物の強度を低下しない。なぜなら、この場合に
は予め形成した粉体の取り扱い易さが改良され、その崩
壊が少なくなっているからである。

本発明によれば、予め形成された粉体から一時的結合剤
が、ガラスのガス透過性埋め込み材料が与えられる前に
全て除去されるのではなく、僅かな部分が粉体中に残さ
れており、粉体がガス透過性埋め込み材料によって取り
巻かれた時に初めて除去されることにより好ましい結果
が達成されている。

特に本発明は、アイソスタティック　プレスを用い、粉
末セラミック材料を一時的有機結合剤と共に供給し、予
め形成された粉体へ形成し、それから結合剤を加熱して
放出させることにより除去し、そこで該予め形成された
粉体にガラスのガス透過性埋め込み材料を与え、該ガス
透過性埋め込み材料を加熱によりガス不透過性にし、ガ
ス不透過性埋め込み材料で囲まれた前記予め形成した粉
体をアイソスタティック　プレスにかける、粉末セラミ
ック材料からなる物品を製造する方法において、前記結
合剤の大部分を、前記予め形成した粉体にガス透過性埋
め込み材料を与える前に除去するのに対し、粉体を一緒
に維持するのに必要な小部分の結合剤を粉体中に残し、
前記粉体にそれを取り巻くガス透過性埋め込み材料を与
えた時に、少なくとも実質的に完全にそれから除去する
ことを特徴とする製造方法に関する。

中に含まれる炭化残留物が強度を低下するそのようなセ
ラミック材料からなる目的物を製造する場合、もし結合
剤をガス透過性埋め込み材料が与えられた粉体から、そ
の粉体及びそれを取り巻く埋め込み材料を酸化性ガスで
処理することにより除去するならば、最終的にアイソス
タティックプレスした目的物の強度をかなり一層高くす
ることができる。これは、酸素ガスが少量混合されたガ
ス、例えば窒素ガス又はアルゴンガスで希釈された空気
を、結合剤を除去する間埋め込み材料と一緒に粉体が入
っている炉又は他の加熱装置を通してフラッシュするこ
とにより適切に行うことができる。

本発明の有利な態様によれば、残留−時的結合剤を含む
予め形成した粉体を、ガス透過性壁を有する容器、例え
ば、ガラス粒子を一緒に焼結したものから構成された容
器、好ましくは埋め込み材料と同じガラスから作られた
ものの中に入れた多量のガラス粒子中に埋めることによ
り、ガラス透過性埋め込み材料中に配置する。このよう
に構成することにより残留結合剤は粉体から、それを取
り巻く埋め込み材料が次の処理段階でガス不透過性にさ
れ、予め形成された粉体がアイソスタティック　プレス
に掛けられる前に、効果的に除去される。

本発明を適用することができるセラミンク材料の一例と
して、窒化珪素、珪素アルミニウム酸（ヒ窒化物、窒化
アルミニウム、窒化硼チタン、窒化ジルコニウム、窒化
クロム、窒化硼素の如き窒化物、酸化アルミニウム、酸
化ジルコニウム、完全又は部分的安定化酸化マグネシウ
ムの如き金属酸化物、炭化珪素、炭化チタン、炭化硼素
の如き炭化物、硼化チタン、硼化ジルコニウムの如き硼
化物、及びそのような材料の混合物を挙げることができ
る。

予め形成した粉本のための一時的結合剤の例として、ワ
ックス状粘稠性を有するポリエチレン、ポリプロピレン
、エチレンとプロピレンとの共重合体の如きポリオレフ
ィン、エチレン酢酸ビニル重合体及びブチルメタクリレ
ート重合体の如き重合体有機エステル、メチルセルロー
ス及び硝酸セルロースの如きセルロース化合物、ワック
ス、及びそれら例示した物質の二種預以上の混合物を挙
げることができる。−時的結合剤の量は、適切にはセラ
ミック材料と一時的結合剤との合計偉績の３０〜６０％
、好ましくは３５〜５０％との量になる。

結合剤を除去する前の予め形成した粉体中に含まれる一
時的結合剤の全量の中で大部分を加熱、好ましくは真空
中での加熱で除去し、適切には５〜３０％、好ましくは
１０〜２５％を粉体中に残し、然る後、その粉体にガラ
ス埋め込み材料が与えられる。

埋め込み材料のための材料として、本処理に適合する融
点及び粘度を有するガラスが選択される。

殆どのセラミック材料に対して用いることかできると思
われる適当な種類のガラスの例として、８０．３重量％
のＳ　ｉ　０２．１２．２重量％の８２０．．２．８重
量％のＡ　＋　２０　ｉ、４．０重量％のＮａ２Ｏ，０
，４重量％のに２０及び０．３重量％のＣａＯを含むガ
ラス〔デユラン（Ｄｕｒａｎ）（登録商標名）、パイレ
ックス（Ｐｙｒｅｘ）（登録商標名））　、５８重量％
のＳ　ｉ　Ｏ２，９重量％（’）　Ｂ　２０　：ｌ、２
０重１％＜７）Ａｌ２Ｏ，，５重−ヒ％のＣａＯ及び８
１址％のＭｇＯを含むガラス、９６７重量％のＳｉＯ□
、２．９重量％のＢ２０．、及び０４重量％のＡ　ｌ　
２０３を含むガラス〔バイコール（Ｖｙｃｏｒ）（登録
商標名）　）　、４６〜５０重景％の重量ｉ　０２．４
８〜５２重量％のＢ２Ｏ３及び１，５〜２．５重量％の
Ａ１゜０゜を含むガラス、及び３８重量％の５ｉｎ２．
６０重１％の８２０．及び２１旦％のＡ　１２０３を含
むガラスの如き少なくとも５０重量％の８２０３を含む
他の種類のガラスを挙げることができる。

本発明を、例として付図を参照して一層詳細に説明する
。

第１図に示したハブ（１１）及び複数の羽根り１２）を
有する予め形成した物体く１０）を製造するため、１．
１重量部の酸化イツトリウムを含む平均粒径１μの窒化
珪素粉末〔例えば、ドイツのＨＣスタルク（ＳＬａｒｃ
ｋ）からの品質Ｈ１のもの〕６０体積部を、５８〜６０
℃の溶融温度を有するパラフィン３２．４体積部、メル
ト　フローインデックス（ＡＳＴＭ　１２３８、修正）
が４００ｇ／　１０分、密度が０．９５１のエチレン酢
酸ビニル重合体〔例えば、デュポンのエルパックス（Ｅ
ｌｖａｘ）＜登録商標名）：］　６．９体積部、及びカ
ルナウバワックス０７体積部からなる一時的結合剤４０
体積部と混合した。窒化珪素と結合剤との混合物を射出
成形により予め形成した物体（１ｏ）へ形成した。

前記予め形成した粉体を炉に入れ、その粉体がら結合剤
の大部分、８０％を真空〔約０．１ミリバール（ｍＢ）
）中で、平均的１．５°Ｃ／時で連続的に少しずつ３５
０℃まで温度を上昇させ、この温度に粉体を約５時間保
つことによって追い出し、除去した。

次に粉体を第１図に示したようにガラス粉末焼結多孔質
容器（１３）中に入れ、ガラス粉末の埋め込み材料（１
４）中に埋めた。容器（１３）のガラスと、埋め込み材
料（１４）のガラスとは同じ種類のものであり、８０．
３重量％のＳｉＣ２，１２，２重量％の８２０３．２．
８重量％のＡ　１．０、．４．０重量％のＮ　ａ　２０
．０．４重量％のに２０及び０．３重量％のＣａＯを含
むガラス（パイレックス）て′あった。ガラスの粒径は
両方の場合とも０．１〜１ｘｘであった。容器は多孔質
に焼結されているのでガス透過性であった。

容器（１３）を内容物と共に炉中に入れ、炉空間中に真
空（約０．１ｍＢ）を維持しながら、３５０℃へ急速に
加熱し、その温度に数時間保った。真空を維持し続けな
がら、温度を平均的１５℃／時で徐々に６００°Ｃまで
上昇させ、この温度に約５時間維持した６その後で真空
に引くのを止め、炉空間を空気１部に対し窒素ガス４部
で希釈した空気で２時間フラッシュした。この処理中−
時的結合剤の残りが粉体から追い出された。それまで分
解されて炭素を形成していた結合剤は、その炭素が酸化
除去されることにより消失した。容器（１３）がガスに
対し透過性であるため、空気酸素は容器の壁を通過し、
粉体と効果的に接触させられ、形成されたガス状酸化生
成物は一層容易に逃げることができる。しかし、この方
法は固体ガラスの容器を用いることによってのみ実現す
ることができる。

−時的結合剤を今や含まなくなった粉体く１ｏ）が入っ
た内容物と共に容器（１３）を、第２図に示したように
、蓋のない黒鉛容器（１５）中に入れ、埋め込み材料（
１４）と同じ種類の粉末の形の補充埋め込み材ｆ４　（
１６）を入れる。その容器の内側には窒化硼素の剥離層
（１７）が与えられている。もし容器の底が気密ではな
かったならば、気密な黒鉛、気密な窒化硼素の板又はモ
リブデン箔を、剥離層（１７）を適用した後に容器の底
に置く。一つ以上の容器（１５）を高圧炉中に入れる。

アルゴン、ヘリウム又は窒素ガスをこの炉に供給し、温
度が１１５０’Ｃに上昇した時、圧力が０．１ＭＰａに
なるようにする。温度をこの水準で１時間維持し、それ
によって埋め込み材料り１４）及び（１６）及び容器（
１３）のガラスが比較的低い粘度の溶融物を形成し、そ
れが粉体（１０）を完全に取り巻く。次に同じ温度でア
ルゴン、ヘリウム又は窒素ガスを、最終焼結温度で２０
０〜３００Ｍ　Ｐ　ａの圧力を与える与える水準まで供
給する。次に温度を１７５０〜１８５０°Ｃ５即ち窒化
硼素のための適切な焼結温度へ１時間上昇させる。その
時、同時に圧力が上昇する。上述の条件で焼結するのに
適切な時間は少なくとも２時間である。全工程が完了し
た後、炉を適当な排出温度まで冷却し、埋め込み材料（
１４，１６）を、出来上がった排気ガスタービンから除
去する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、排気ガスタービンの形に粉末材料から予め形
成した粉体を、残留−時的結合剤を除去するため、ガラ
スのガス透過性埋め込み材料中に入れたものの軸方向の
断面図である。 第２図は、予め形成した粉体とそれを取り巻くガラス埋
め込み材料とを、アイソスタティックプレスに掛けるた
めに構成したアイソスタティックプレス用容器を通る断
面図である。 １〇−粉体、０３−容器、１４．１６−埋め込み材料、
１５−アイソスタティック　プレス用容器、１７−剥Ｍ
層。 代 理 人 浅 村 皓

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）粉末セラミック材料を一時的有機結合剤と共に供
   給し、予め形成された粉体（１０）へ形成し、該粉体か
   ら結合剤を加熱して放出させることにより除去し、次に
   該予め形成した粉体にガラスのガス透過性埋め込み材料
   （１４）を与え、該ガス透過性埋め込み材料を加熱によ
   りガス不透過性にし、ガス不透過性埋め込み材料で囲ま
   れた前記予め形成した粉体をアイソスタティックプレス
   にかける、粉末セラミック材料からなる物品をアイソス
   タティックプレスを用いて製造する方法において、前記
   結合剤の大部分を、前記予め形成した粉体にガス透過性
   埋め込み材料を与える前に除去し、粉体を一緒に維持す
   るのに必要な小部分の結合剤を粉体中に残留させ、前記
   粉体にそれを取り巻くガス透過性埋め込み材料が与えら
   れた時に、少なくとも実質的に完全にそれから除去する
   ことを特徴とする物品製造方法。
2. （２）ガス透過性埋め込み材料（１４）が与えられた粉
   体（１０）から結合剤が、該埋め込み材料で囲まれた粉
   体を酸化性ガスで処理することにより除去されることを
   特徴とする請求項１に記載の方法。
3. （３）予め形成された粉体（１０）に、ガス透過性壁を
   有する容器（１３）中のガラス粒子からなる埋め込み材
   料中へ埋めることにより、ガス透過性埋め込み材料（１
   ４）が与えられることを特徴とする請求項１又は２に記
   載の方法。
4. （４）ガス透過性壁を有する容器（１３）として、ガラ
   ス粒子を一緒に焼結したものから出来た容器が用いられ
   ることを特徴とする請求項２に記載の方法。
5. （５）埋め込み材料（１４）と同じ種類のガラスが容器
   （１３）に用いられることを特徴とする請求項４に記載
   の方法。