JPH0647684B2

JPH0647684B2 - 射出成形体の脱脂方法

Info

Publication number: JPH0647684B2
Application number: JP1012724A
Authority: JP
Inventors: 正和松下; 禎公清田; 宏大坪; 純一太田
Original assignee: 川崎製鉄株式会社
Priority date: 1989-01-20
Filing date: 1989-01-20
Publication date: 1994-06-22
Anticipated expiration: 2009-06-22
Also published as: DE68916778D1; KR930002522B1; CA1323178C; JPH02194105A; AU612280B2; EP0379777B1; AU4006389A; KR900011533A; DE68916778T2; US5380476A; EP0379777A1

Description

【発明の詳細な説明】＜産業上の利用分野＞本発明は、焼結材料の製造方法に関し、詳しくは、金属
およびセラミック等の粉末射出成形体の脱脂方法に関す
るものである。

＜従来の技術＞射出成形を利用した焼結材料の製造方法は、複雑な形状
をした金属、セラミックおよびサーメット類の部品の製
造方法としてよく知られている。その製造工程におい
て、成形体からの脱脂方法に関しては、多くの先行技術
がある。

例えば，特公昭６１−４８５６３号公報では複数のバイ
ンダ成分を伴う成形体をバインダ吸収剤上に置き、バイ
ンダ成分のうち低融点の成分から順に、加熱により液状
流出させるとともに、不活性ガスを成形体およびバイン
ダ吸収剤に送風することによって、流出したバインダの
揮発を促進するという脱脂方法が開示されている。

＜発明が解決しようとする課題＞前述の特公昭６１−４８５６３号に開示された方法で
は、基本的にバインダの液状流出を利用しているため、
バインダ吸収剤との接触面において脱脂体に表面欠陥が
生じる。また、ワックスの流出が十分に速くない場合
は、成形体の強度が融溶した未流出のワックスによって
低下するため、ダレ等の脱脂欠陥が発生する危険も大き
い。この脱脂過程での欠陥発生の問題は、他の先行技術
においても十分に解決されていない。

そこで本発明は、上記従来の技術における脱脂欠陥の問
題を解決し、寸法精度の良好な脱脂体を得る方法を提供
することを目的とするものである。

＜課題を解決するための手段＞本発明者らは、射出成形などによる微粉末を原料とする
焼結材料の製造に関して、脱脂欠陥の発生機構に関して
詳細な実験を行うことによって本発明を為すに至った。

すなわち、本発明は、原料粉末と有機バインダとを体積
比にして５０：５０〜６０：４０の比率で加熱混練して
成形用原料を得る工程、前記成形用原料を射出成形して成形体を得る工程、前記成形体から有機バインダの一部または全部を除去し
て脱脂体を得る工程、前記脱脂体を加熱雰囲気中で焼結して焼結体を得る工程
より構成される焼結材料の製造方法であって、前記脱脂体を得る工程を、１０Ｔｏｒｒ以下の減圧雰囲
気中で前記有機バインダの成分のうち最高の蒸気圧を持
つ成分の蒸気圧が雰囲気圧力より小さい温度下で成形体
を加熱することにより、有機バインダの１８ｗｔ％以上
を除去する脱脂予備処理と、引き続いて十分に加熱脱脂
を行う加熱脱脂処理により構成したことを特徴とする射
出成形体の脱脂方法を提供するものである。

また、前記脱脂予備処理の加熱温度は、有機バインダ成
分のうち最高の蒸気圧を持つ成分の上記津と雰囲気圧力
が等しい温度より１０℃以上低い温度であるのが好まし
い。

以下に、本発明をさらに詳細に説明する。

脱脂時の成形体の変形（ダレ）は、成形体の粘度に支配
され、粘度が高いほど、変形は防止できる。成形体の粘
度は、温度およびバインダの除去率に依存し、温度が低
いほど、除去率が高いほど、高い。実際の脱脂工程にお
いては、昇温するにしたがって、温度上昇に起因する粘
度低下と、バインダ除去に起因する粘度上昇とが同時に
起こる。脱脂時において変形（ダレ）を防止するために
は、粘度の高い低温においてバインダを除去し、後の昇
温による粘度低下が引き起こされても十分に高い粘度を
維持できるようにする必要がある。

以上の要求を満足する方法として、本発明においては、
減圧によるバインダの可塑剤成分の沸点降下を利用する
ものである。

本発明の射出成形体の脱脂方法において、最も特徴とす
るところは、原料粉末と有機バインダからなる成形原料
を加熱混練後、射出成形して得た成形体から、前記有機
バインダの一部または全部を除去して脱脂体を得る工
程、すなわち脱脂工程にあり、この脱脂工程が、脱脂予
備処理と、これに引き続いて行われる加熱脱脂処理とか
らなることである。

まず、本発明の脱脂予備処理においては、減圧中、バイ
ンダ成分のうち、最高の蒸気圧を持つ成分の蒸気圧が雰
囲気圧力より小さい温度で加熱する必要がある。この条
件を満たさない場合、成形体内部においてもバインダが
蒸発するため、成形体がバインダ蒸気により脹れてしま
う。

こうすることにより、初めて、脱脂時に変形しない予備
脱脂体を得ることができる。

さらに、本発明の脱脂予備処理における雰囲気圧力は減
圧によるバインダの可塑剤成分の沸点降下が十分であれ
ば、特に制限はないが、１０Ｔｏｒｒ以下が好ましく、
さらに好ましくは、１Ｔｏｒｒ以下である。例えば、典
型的なバインダの可塑剤成分であるフタル酸エステル、
パラフィンワックスの沸点は大気圧中では各々、概略、
２５０〜３５０℃、３５０〜４５０℃の範囲内である
が、１０Ｔｏｒｒ以下にすることで、各々、概略、１３
０〜１８０℃、１８０〜２５０℃の範囲内まで低下させ
ることができ、１Ｔｏｒｒ以下にすることで、各々、概
略、１３０℃以下、１８０℃以下まで低下させることが
できる。これらの減圧による沸点降下なくしては、効果
的な低温でのバインダの可塑剤成分の蒸発除去は達成で
きない。

さらに、本発明の脱脂予備処理においては、上記の雰囲
気圧力下における最低の沸点をもつバインダの可塑剤成
分の沸点よりも１０℃以上低い温度で行うのがよい。こ
の条件を満たさない場合、バインダと金属粉末の界面に
おいてバインダの可塑剤成分の沸騰が起こり、成形体が
脹れる場合があるため、本発明の脱脂予備処理温度を、
バインダの可塑剤成分の最低沸点よりも１０℃以上低い
温度に限定する。

また、本発明の脱脂予備処理温度は、３００℃以下が効
果的である。３００℃を超えると、バインダに含まれる
熱可塑性樹脂の分解が開始する。樹脂の分解によって生
成するモノマー成分は、その沸点が分解反応温度よりも
十分に低いため、生成と同時にガス化する。

換言すると、ガス圧力は分解反応速度に支配される。さ
らに、分解反応速度は温度や未分解結合数等に依存する
ため、ガス圧力を雰囲気圧力よりも小さく保つことが困
難になる。すなわち、３００℃超において雰囲気を減圧
にすることで、脱脂欠陥の危険性が高まる。従って、脱
脂予備処理温度の上限度を３００℃にするのがよい。好
ましい脱脂予備処理温度は最高温度で１００〜２００℃
程度、また、保持時間は０〜６時間程度である。

可塑剤成分が２成分以上含まれているバインダの場合に
おいても、簡単な試行実験により、容易に適切な脱脂予
備処理温度を見つけることができる。

次に、本発明の脱脂予備処理では、全バインダ量の１８
ｗｔ％以上を除去するのがよい。予備処理におけるバイ
ンダ除去量が１８ｗｔ％に満たない場合、成形体内部の
原料粉末同士の接触に起因する粘度上昇が効果的でな
く、さらに昇温した際に、粘度が低下してしまい、成形
体に変形を生じる。従って、本発明の予備処理における
最低のバインダ除去量を全バインダ量の１８ｗｔ％以上
に限定する。

以上のように条件を設定することで、脱脂時に変形しな
い予備脱脂体を得ることができる。

本発明の脱脂予備処理に引き続き、公知の脱脂方法によ
る加熱脱脂処理を行って、変形のない高精度の脱脂体が
得られる。予備処理に続く加熱脱脂処理は、公知の脱脂
方法によって行われるものでよいが、好ましくは、非酸
化性雰囲気中、より好ましくは窒素雰囲気、アルゴン雰
囲気、または、これらの混合雰囲気中にて行われる。処
理温度は、最高温度が４５０〜６５０℃程度、また保持
時間は、０〜６時間程度である。なお、この時の昇温速
度を速くしすぎると、得られた成形体に割れや脹れが生
じる場合があるので５℃／ｈ〜３００℃／ｈ程度の昇温
速度から選択する。

本発明の脱脂方法や用いた焼結材料の製造に関し、脱脂
工程前後の工程は通常の公知方法が利用できる。

まず、本発明に使用する粉末は、金属、セラミックおよ
びサーメット類の粉末のいずれでもよく、例えば、アト
マイズ法、還元法、カルボニル法、粉砕法によって得ら
れる合金あるいは単体金属粉末、およびセラミック粉
末、サーメット類の粉末であり、必要に応じて、これら
の粉末を分級、混合することによって用意できる。ただ
し、還元法、カルボニル法、粉砕法によって製造しうる
粉末組成はかなり限定されるため、アトマイズ法が応用
範囲が広い。また、金属粉末が好ましい。

また、これら粉末の平均粒径は２０μｍ以下のものが使
用でき、７〜１４μｍ程度のものが、密度が高いこと
等、優れた焼結体特性が得られる利点があるため好まし
い。

適用できる組成系は、ステンレス、純鉄、Ｆｅ−Ｎｉ、
Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｃｏ等の金属系、および、Ｓｉ−
Ｃ、Ｓｉ−Ｎ、Ｓｉ−Ｏ、Ｔｉ−Ｃなどのセラミック系
の構造材料あるいは磁性材料用などの広範囲にわたって
適用できる。

成形体を射出成形にて作製するには、好ましくは平均粒
径が２０μｍ以下の、本発明の射出成形用粉末を、まず
成形助剤としてのバインダと混合・混練し、射出成形用
コンパウンドを調整する。

適用可能なバインダは、熱可塑性樹脂類、ワックス類、
可塑剤あるいはその混合物を主体とする公知のバインダ
はいずれも適用可能であり、また必要に応じて潤滑剤、
脱脂促進剤等を添加してもよい。

熱可塑性樹脂としては、アクリル系、ポリエチレン系、
ポリプロピレン系およびポリスチレン系等の一種、ある
いは二種以上を混合して用いることができる。

ワックス類としては密ろう、木ろう、モンタンワックス
等の天然ろう、低分子ポリエチレン、ミクロクリスタリ
ンワックス、パラフィンワックス等の合成ろう等の一種
あるいは二種以上を混合して用いることができる。

可塑剤は、バインダの主成分により適宜選択すればよ
く、フタル酸ジ−２−エチルヘキシル（ＤＯＰ）、フタ
ル酸ジエチル（ＤＥＰ）、フタル酸ジ−ｎ−ブチル（Ｄ
ＢＰ）等が例示できる。また、ワックス類を可塑剤とし
て兼用できる。

潤滑剤としては、高級脂肪酸、脂肪酸アミド、脂肪酸エ
ステル等が適用可能であり、場合によってはワックス類
を潤滑剤として兼用してもよい。

また、必要に応じ、脱脂促進剤として樟脳等の昇華性物
質を添加してもよい。

なお、このようなバインダと原料粉末との混合比は、通
常５０：５０〜４０：６０ｖｏｌ％程度である。

原料粉末とバインダとの混練方法は特に制限はなく、加
圧ニーダ、バンバリーミキサー、２軸押出し機の各種の
ニーダ等によればよい。

このようにして調製した射出成形用コンパウンドは、必
要に応じペレダイザー、粉砕器等を用いて造粒を行な
い、ペレットとしてもよい。

次いで、得られた射出成形用コンパウンドを射出成形し
て成形体を作製する。

射出成形は、通常のプラスチック用射出成形機、あるい
は最近市販されるようになったセラミック用、金属粉末
用射出成形機等、通常の射出成形に用いられる射出成形
機を用いて行えばよい。

この際において、射出圧力は通常５００〜２５００kgf/
cm²程度、温度は１００〜１８０℃程度である。

最後に、得られた成形体の脱脂処理を本発明の脱脂工程
により行う。

本発明の脱脂工程を構成する脱脂予備処理、および、そ
れに引き続く加熱脱脂処理の方法は、前述の通りであ
る。

本発明においては、このように射出成形にて得られた脱
脂済みの成形体を焼結して金属あるいはセラミックなど
の焼結体を製造する。

前記脱脂後、前記原料粉末がステンレスの場合には、１
０^-2〜１０^-4Ｔｏｒｒ中、１０５０〜１３００℃、０．
５〜４時間保持した後、アルゴン、窒素等の不活性ガス
を導入し、１２００〜１３７０℃、０．５〜２時間保持
して焼結するとよい。また、他のＦｅ、Ｆｅ−Ｎｉ系、
Ｆｅ−ＣＯ系などの酸化性の低い金属のみを用いた場合
には、水素ガス等の還元性ガス中８００〜１３００℃、
０．５〜４時間保持して焼結するのがよい。

Ｆｅ−Ｓｉ等の酸化性の高い金属を焼結する場合は、ス
テンレスと同様の方法で焼結する。

これらの工程を経ることによって、本発明では優れた金
属焼結体およびセラミック焼結体などを得ることができ
る。

＜実施例＞以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。

（実施例１）原料粉末としての平均粒径１０μｍのＳＵＳ３１６Ｌ粉
末に、フタル酸エステル２２ｗｔ％、パラフィンワック
ス１８ｗｔ％、メタクリル酸エステル・酢酸ビニル共重
合体６０ｗｔ％からなるバインダを原料粉末に対して
９．８ｗｔ％添加し、加圧ニーダによって混練した後、
粉砕して、射出成形用コンパウンドを準備した。上記コ
ンパウンドを用いて、射出成形により、２０×５×５mm
の直方体試験片を成形した。成形体は、２０×５mmの面
を下にステンレス板上に並べて炉内に載置し、下記
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）の処理を行った。
（ａ）および（ｂ）は本発明例、（ｃ）および（ｄ）は
比較例である。

（ａ）１Ｔｏｒｒの減圧雰囲気中、１５０℃／ｈの速度
で７０℃まで昇温し、８時間保持して、脱脂予備処理を
行った。この時のバインダ除去率は２２．０ｗｔ％であ
った。

（ｂ）１Ｔｏｒｒの減圧雰囲気中、１５０℃／ｈの速度
で７０℃まで昇温し、８時間保持した後、１５０℃／ｈ
の速度で１５０℃まで昇温後１時間保持して、脱脂予備
処理を行った。この時のバインダ除去率は３２．４ｗｔ
％であった。引き続いて、１気圧の窒素雰囲気中、５℃
／ｈの速度で６５０℃まで昇温の後３０分保持して加熱
脱脂処理を行った。

（ｃ）１気圧の窒素雰囲気中、５℃／ｈの速度で６５０
℃まで昇温の後３０分保持して脱脂処理を行った。

（ｄ）１気圧の窒素雰囲気中、２０℃／ｈの速度で６５
０℃まで昇温の後３０分保持して脱脂処理を行った。

上記処理後の焼結は、０．００１Ｔｏｒｒ中１１５０℃
で９０分保持した後、１気圧のアルゴンガスを導入して
１３５０℃で２時間保持して行った。

こうして得られた脱脂体の外観目視結果と高さ方向の寸
法変化率および焼結体特性を第１表に示す。

なお、本実施例で用いられるバインダの可塑剤成分のう
ち、１Ｔｏｒｒの減圧雰囲気下で、フタル酸エステルの
沸点は約１１５℃、パラフィンワックスの沸点は約１６
５℃であり、脱脂予備処理温度（ａ）の条件では、いず
れの蒸気圧も１Ｔｏｒｒより小さい。

また、脱脂予備処理（ａ）の条件では、フタル酸エステ
ルは完全に除去（添加量と除去率が等しい）できている
ため、脱脂予備処理（ｂ）のように、それに引きつづい
て１５０℃まで昇温した場合においても、バインダ成分
の蒸気圧は常に雰囲気圧力よりも低く保持できている。

なお、表中の結果に関し、脱脂体の寸法変化が−０．３
％以上のものは、脱脂だれを生じたものと考えてよい。

また、本実施例の健全な焼結体の高さ寸法の収縮率は、
１６．５％であり、従って高さ寸法は４．１７５mmとな
るべきである。従って４．１７５mmの±０．３％以内、
すなわち、４．１６３mm〜４．１８９mmを良好な寸法と
みなす。

（実施例２）実施例１と同じ成形体を準備し、第２表に示すように条
件を変えて脱脂予備処理を行った。

引き続いて実施例１（ａ）と同じ条件で加熱脱脂処理お
よび焼結を行った。予備脱脂体および脱脂体の外観目視
観察結果、および脱脂体、および焼結体の高さ方向の寸
法特性を第２表中に付記した。

第１表に記載した結果より明らかなように、比較例であ
る（ｃ）、（ｄ）の通常の脱脂方法では、昇温速度が小
さいと脱脂だれが生じており、昇温速度が大きいと脹れ
が生じている。

上記方法以外にも昇温パターンを変えて通常の脱脂処理
を行ったが、通常の脱脂処理のみでは、すべて脱脂欠陥
が生じた。一方、本発明例では、脱脂欠陥が生じず外観
も良好で、寸法特性もよく、焼結体特性もすべて健全な
ものであった。

第２表に記載した結果より明らかなように、本発明例で
は、予備脱脂体の外観が良好で、脱脂体に欠陥がなく、
外観も良好で、寸法特性もよく、従って、焼結体寸法精
度も良好であることが確認できる。これに対し、比較例
は、いずれも、脱脂欠陥が生じるか、あるいは例え、予
備脱脂体および脱脂体の外観は良好でも、脱脂体の寸法
特性が悪く、従って、焼結体寸法精度が不良であった。

＜発明の効果＞以上詳述したように、本発明によれば、脱脂体を得るた
めに、有機バインダを減圧下で沸騰させないようにして
蒸発除去する脱脂予備処理を行った後に、通常の脱脂処
理を行うよう構成することにより、脱脂工程での欠陥発
生を抑制し、外観および寸法精度の良好な脱脂体、ひい
ては、寸法精度の良好な焼結体の製造が可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者太田純一東京都千代田区内幸町２丁目２番３号川崎製鉄株式会社東京本社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原料粉末と有機バインダとを体積比にして
５０：５０〜６０：４０の比率で加熱混練して成形用原
料を得る工程、前記成形用原料を射出成形して成形体を得る工程、前記成形体から有機バインダの一部または全部を除去し
て脱脂体を得る工程、前記脱脂体を加熱雰囲気中で焼結して焼結体を得る工程
より構成される焼結材料の製造方法であって、前記脱脂体を得る工程を、１０Ｔｏｒｒ以下の減圧雰囲
気中で前記有機バインダの成分のうち最高の蒸気圧を持
つ成分の蒸気圧が雰囲気圧力より小さい温度下で成形体
を加熱することにより、有機バインダの１８ｗｔ％以上
を除去する脱脂予備処理と、引き続いて十分に加熱脱脂
を行う加熱脱脂処理により構成したことを特徴とする射
出成形体の脱脂方法。
【請求項２】前記脱脂予備処理の加熱温度は、有機バイ
ンダ成分のうち最高の蒸気圧を持つ成分の蒸気圧と雰囲
気圧力が等しい温度より１０℃以上低い温度である請求
項１に記載の射出成形体の脱脂方法。