JPH07188801A - チタン焼結体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 水素化チタン粉及びチタン粉並びに水素化チ
タン粉とバインダとを混合し、射出成形し、脱バインダ
し、焼結する粉末射出成形チタン焼結体の製造方法にお
いて、焼結密度が高く、延性の高い、粉末射出成形法に
よるチタン焼結体の製造方法を得ること。 【構成】 水素化チタン粉が低塩素含有量であることを
特徴とする粉末射出成形チタン焼結体の製造方法によ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、粉末射出成形法によっ
て製造されるチタン焼結体の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】粉末射出成形法は金属粉末を有機バイン
ダと混合し、射出成形により種々の形状のグリーン体と
し、前記グリーン体を脱バインダ、焼結をおこない所望
の形状及び特性を有する焼結体を得るものである。チタ
ンは塑性加工、切削加工が困難な材料であるため、粉末
射出成形法によりニアネットシェイプ品を得ることが試
みられている。

【０００３】粉末射出成形法では、グリーン体は２５０
〜７００℃で数〜数１０時間加熱して脱脂され、１２０
０〜１３００℃で０．５〜数時間加熱されて焼結される
ため、酸素と親和力の大きいチタンは酸化を受ける。ま
た、同時に有機バインダの分解により生じた炭素によ
り、炭素が焼結体中に残留する。その結果、チタン焼結
体は延性が低下してしまう。また、前記焼結体は内部に
ポアが存在して、焼結密度が溶製材に比べて低く、その
結果機械的強度が劣る。

【０００４】粉末冶金法においては、チタン粉の一部又
は全部を水素化チタン粉を使用することにより、特性改
善する方法が知られている（特開昭４９−１０３８１
０、特開昭５２−４９９１５）。しかし、前記のように
粉末射出成形法では酸化および炭化が大きいため、水素
化チタン粉を使用するだけではその効果は不十分であっ
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、焼結密度が
高く、延性の高い、粉末射出成形法によるチタン焼結体
の製造方法を得ることを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】チタン粉は、塩化チタン
を還元した後に、水洗・乾燥あるいは真空蒸留により脱
塩素するクロール法と呼ばれる方法で製造されるため、
その塩素含有量は０．０７〜０．１２重量％と高い。水
素化チタン粉は前記チタン粉を水素中で加熱して水素と
反応させた後に粉砕することにより製造されるために、
やはり塩素含有量が０．０１〜０．０５重量％と高いも
のが得られていた。

【０００７】本発明者は、特別に塩素含有量を低く押さ
えた水素化チタン粉を使用することにより前記課題を解
決できることを見いだした。即ち、前記課題は、（１）
水素化チタン粉及びチタン粉並びに水素化チタン粉とバ
インダとを混合し、射出成形し、脱バインダし、焼結す
るチタン焼結体の製造方法において、前記水素化チタン
粉が低塩素含有量であるチタン焼結体の製造方法により
解決される。 （２）また、前記課題は、水素化チタン粉の塩素含有量
が０．００５重量％以下で、かつ、水素含有量が２〜４
重量％であることを特徴とする前記（１）記載のチタン
焼結体の製造方法により解決される。 （３）更にまた、前記課題は、水素化チタン粉及びチタ
ン粉とバインダとを混合し、射出成形し、脱バインダ
し、焼結するチタン焼結体の製造方法において、前記水
素化チタン粉が塩素含有量が０．００５重量％以下で、
かつ、水素含有量が２〜４重量％であり、前記水素化チ
タン粉１０重量部とチタン粉９０重量部以下からなるチ
タン焼結体の製造方法により解決される。

【０００８】

【作用】水素化チタンは加熱されると脱水素反応を起こ
し水素を放出する。この脱水素反応は温度４００℃以上
で著しくなり、発生した水素はチタン粉あるいは水素化
チタン粉表面の酸化膜を還元して粉表面に活性の高い新
生面を生成する。これにより焼結時に粉表面での元素拡
散が促進されて焼結体の緻密化が進み、機械的特性が優
れた焼結体が得られると考えられる。

【０００９】前記水素化チタン粉の塩素含有量は０．０
０５重量％以下であるのが好ましく、更には０．００３
重量％以下であるのが好ましい。塩素含有量がこれより
高すぎると焼結体の相対密度が低くなり、引っ張り強さ
および伸び等の機械的強度が劣ってしまう。更に前記水
素化チタン粉の水素含有量は２〜４重量％でなければな
らない。前記水素含有量が２重量％未満であると前記脱
水素反応が十分生ぜず緻密な焼結体が得られない。脱水
素反応を十分生じさせるためには焼結温度をより高くし
なければならない。また、水素含有量が４重量％を越え
ると水素化チタンは室温でも極めて不安定となって取り
扱いが不便となる。

【００１０】水素化チタン粉の粒径は細かいほど高い焼
結密度の焼結体が得られるが、細かすぎると比表面積が
増加し、酸素量が高くなため、得られる焼結体の酸化量
も高くなり延性が低下してしまう。従って、水素化チタ
ン粉の粒径は平均粒径１０〜９０μｍの粉が好ましい。
なお、水素化チタンの粉砕に際しては、粉が酸化しない
ように雰囲気を厳密に管理して粉砕する必要がある。

【００１１】焼結体の製造は通常の粉末射出成形法によ
っておこなえば良い。即ち、水素化チタン粉または水素
化チタン粉とチタン粉との混合粉とパラフィンワック
ス、樹脂等からなる熱可塑性バインダと混合して組成物
とする。バインダは種々の組成のものが知られている
が、本発明に使用されるバインダは特に限定されない。
しかし、水溶性バインダは含有水により粉が酸化する危
険性があるため一般に好ましくない。

【００１２】水素化チタン粉とチタン粉との混合粉を用
いる場合は、水素化チタン粉１０重量部に対してチタン
粉９０重量部以下とするのが好適であり、更には水素化
チタン粉２０重量部に対してチタン粉８０重量部以下と
するのが好適である。チタン粉９０重量部を越えると水
素化チタン粉の比率が少なすぎて前記脱水素反応が十分
生ぜず緻密な焼結体が得られないためである。なお、前
記チタン粉は平均粒径１０〜９０μｍの粉が射出成形性
が優れて好ましい。

【００１３】次に、前記組成物を射出成形してグリーン
体とし、続いて加熱あるいは溶媒によりバインダの大部
分を脱バインダした後に、真空雰囲気中で焼結して焼結
体とする。前記真空雰囲気は１０^-4Ｔｏｒｒ以上の高真
空で、焼結温度は１２００℃以上とするのが好ましい。

【００１４】

【実施例】スポンジチタン粉を一旦真空溶解後に鋳造し
て、塩素含有量の低いチタンバルク材を得た。前記チタ
ンバルク材を水素中で加熱して水素と反応させて水素化
チタンとしたの後に粉砕して水素含有量が、それぞれ
３．９１重量％、３．９１重量％および３．９１重量％
の平均粒径４５μｍの３種類の低塩素水素化チタン粉を
得た。なお、前記低塩素水素化チタン粉の塩素含有量は
いずれも０．００３重量％であった。

【００１５】ほかに、それぞれ平均粒径４５μｍのチタ
ン粉（住友シチックス株式会社製商品名ＴＳＰ３５０）
および水素化チタン粉（住友シチックス株式会社製 商
品名ＴＳＨ３５０）粉を用意した。前記チタン粉および
水素化チタン粉の塩素含有率はそれぞれ０．０３５重量
％および０．０１重量％であった。

【００１６】前記の低塩素水素化チタン粉と、チタン粉
および水素化チタン粉を原料として表１に示される種々
の割合で配合し配合粉を得た。前記配合粉８４重量部
と、パラフィンワックス６９重量％、ポリプロピレン３
０重量％、ステアリン酸１重量％のバインダ１６重量部
とを混練して、種々の混練物を得た。前記混練物を射出
成形法により平行部長さ４０ｍｍ、幅５ｍｍ、厚さ３ｍ
ｍの引っ張り試験片を製作した。前記試験片を温度４０
℃のヘキサン蒸気中で保持してパラフィンワックスを除
去した後、１０^-4Ｔｏｒｒの真空中で加熱速度４℃／分
で１２５０℃迄加熱後１時間保持し、その後冷却して焼
結体を得た。

【００１７】

【表１】 ＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝ 配合量 チタン粉 低塩素 水素化 重量部 水素化チタン粉 チタン粉 ---------------------------------------------------------------------- Ｃｌ(wt%) 0.035 0.003 0.003 0.003 0.01 Ｈ (wt%) 3.91 2.23 1.73 3.84 ＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝ − １００ − − − 実施例１ ３０ ７０ − − − 実施例２ ８０ ２０ − − − 実施例３ − − １００ − − 実施例４ １００ − − − − 比較例１ − − − − １００ 比較例２ ３０ − − − ７０ 比較例３ ８０ − − − ２０ 比較例４ − − − １００ − 比較例５ ---------------------------------------------------------------------−

【００１８】前記焼結体のアルキメデス法により密度測
定、赤外線吸収法により酸素及び炭素分析、引っ張り試
験により引っ張り強さ及び破断伸び測定をおこなった。
結果を表２に示す。

【００１９】

【表２】 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 相対密度 酸素含有量 炭素含有量 引っ張り強さ 破断伸び ％ 重量％ 重量％ kgf/mm² ％ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 97.2 0.38 0.08 63.1 5.3 実施例１ 96.8 0.45 0.07 64.5 4.1 実施例２ 95.2 0.42 0.08 65.3 2.9 実施例３ 96.5 0.39 0.07 62.8 4.2 実施例４ 93.2 0.51 0.13 68.2 0.9 比較例１ 97.2 0.68 0.09 76.4 <0.5 比較例２ 96.7 0.63 0.08 73.5 0.5 比較例３ 94.9 0.53 0.09 71.1 0.7 比較例４ 93.8 0.43 0.12 61.3 1.4 比較例５ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−

【００２０】表２の実施例１〜３と比較例２〜４より低
塩素水素化チタンを使用することにより、機械的特性が
優れた焼結体が得られることが分かる。

【００２１】

【発明の効果】以上詳述した通り本発明により焼結密度
が高く、延性の高い、粉末射出成形法によるチタン焼結
体の製造方法が提供できた。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成６年４月７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】水素化チタン粉の粒径は細かいほど高い焼
結密度の焼結体が得られるが、細かすぎると比表面積が
増加し、酸素量が高くなるため、得られる焼結体の酸化
量も高くなり延性が低下してしまう。従って、水素化チ
タン粉の粒径は平均粒径１０〜９０μｍの粉が好まし
い。なお、水素化チタンの粉砕に際しては、粉が酸化し
ないように雰囲気を厳密に管理して粉砕する必要があ
る。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】

【実施例】スポンジチタン粉を一旦真空溶解後に鋳造し
て、塩素含有量の低いチタンバルク材を得た。前記チタ
ンバルク材を水素中で加熱して水素と反応させて水素化
チタンとしたの後に粉砕して水素含有量が、それぞれ
３．９１重量％、２．２３重量％および１．７３重量％
の平均粒径４５μｍの３種類の低塩素水素化チタン粉を
得た。なお、前記低塩素水素化チタン粉の塩素含有量は
いずれも０．００３重量％であった。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水素化チタン粉及びチタン粉並びに水素
   化チタン粉とバインダとを混合し、射出成形し、脱バイ
   ンダし、焼結するチタン焼結体の製造方法において、前
   記水素化チタン粉が低塩素含有量であるチタン焼結体の
   製造方法。
2. 【請求項２】 水素化チタン粉の塩素含有量が０．００
   ５重量％以下で、かつ、水素含有量が２〜４重量％であ
   ることを特徴とする請求項１記載のチタン焼結体の製造
   方法。
3. 【請求項３】 水素化チタン粉及びチタン粉とバインダ
   とを混合し、射出成形し、脱バインダし、焼結するチタ
   ン焼結体の製造方法において、前記水素化チタン粉が塩
   素含有量が０．００５重量％以下で、かつ、水素含有量
   が２〜４重量％であり、前記水素化チタン粉１０重量部
   とチタン粉９０重量部以下からなるチタン焼結体の製造
   方法。