JPH10298609A - 金属系多孔質焼結体の製造方法 - Google Patents

金属系多孔質焼結体の製造方法

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JPH10298609A
JPH10298609A JP11064097A JP11064097A JPH10298609A JP H10298609 A JPH10298609 A JP H10298609A JP 11064097 A JP11064097 A JP 11064097A JP 11064097 A JP11064097 A JP 11064097A JP H10298609 A JPH10298609 A JP H10298609A
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capsule
hip
sintered body
metal
sintered compact
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JP11064097A
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English (en)
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Akira Kosaka
晃 小阪
Takahiro Kitagawa
貴宏 北川
Takashi Nishi
隆 西
Atsushi Funakoshi
淳 船越
Ryutaro Motoki
龍太郎 元木
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Kubota Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】金属カプセルに金属粉末を封入し熱間静水圧加
圧(HIP)する多孔質金属焼結体の製造において、特
に薄肉焼結体の製造におけるHIP後のカプセル除去の
困難を解消し、加工コストの低減,製造歩留りの向上を
図る。 【解決手段】セラミツクス粉末の成形体からなる層をカ
プセルの内面に沿って設け、該成形体の内側空間に金属
粉末を充填した後、カプセルを密封してHIP処理す
る。セラミツクス粉末層はHIP過程における焼結体と
カプセルとの固相拡散(接合)を遮断するバリアー層と
して機能し、HIP後も崩壊可能な粉末状態を呈する。
焼結体の取り出しは、カプセルの一部を切断するだけの
簡単な操作で済み、従来の旋盤加工等に比し歩留りが向
上し、かつネットシェイプの製品焼結体が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱間静水圧加圧処
理による金属系多孔質焼結体の製造方法に関し、特に処
理後のカプセルからの焼結体の取り出し加工の困難を解
消すると共に、焼結体のネットシェイプ成形を可能と
し、薄肉焼結製品等をも効率的に製造することができる
ようにしたものである。
【0002】
【従来の技術】金属粉末をカプセルに封入して、比較的
低温・低圧力の熱間静水圧加圧処理を行うことにより、
多孔質の金属焼結体を得ることができ、このものは、例
えば廃棄物焼却炉の除塵処理用フィルタ材などとして有
用である。熱間静水圧加圧処理(以下「HIP法」)
は、一般に金属カプセルが使用される。ガラスカプセル
を用いるHIP法や、カプセルを使用しないカプセルレ
スHIP法等もあるが、ガラスカプセルHIP法は、ガ
ラスの材種の選択が困難であり、カプセルレスHIP法
では、原料粉末の予備成形を必要とし、工程の煩瑣化を
避け得ず、このため金属カプセルHIP法以外は殆ど実
用されていない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】金属カプセルHIP法
は、処理後、焼結体を取り出すためのカプセル除去加工
を必要とし、その除去処理は、従来より旋盤加工等によ
り行われている。しかし、金属カプセルと焼結体との界
面は、HIP処理過程で生じる固相拡散により接合して
おり、金属カプセルだけを除去することはできず、製品
焼結体の表面層を同時に除去することになる。このた
め、製品焼結体が比較的単純な形状のものである場合に
も、ネットシェイプ成形は不可能であり、焼結体の表面
層が除去されることによる歩留りの低下を避け得ない。
殊に、製品焼結体が、フィルタ部材等に供される多孔質
体である場合は、これに損傷を与えないようにカプセル
を除去することは困難である。多孔質焼結体が薄肉体で
ある場合、カプセル除去の困難と製品歩留りの低下は一
層顕著となる。本発明は、金属系多孔質焼結体の製造に
関する上記問題を解決しようとするものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の熱間静水圧加圧
による金属系多孔質焼結体の製造方法は、金属粉末と金
属カプセルとの界面の固相拡散を阻止するバリアー層と
して、セラミツクス粉末の成形体からなる層を金属カプ
セルの内面に沿って設け、該成形体層の内側空間に金属
粉末を充填したうえ、カプセルを密封して熱間静水圧加
圧処理することを特徴としている。
【0005】バリアー層となるセラミックス粉末層は、
粉末の成形体として金属カプセル内面に装填されるの
で、金属粉末を充填する際に、金属粉末とセラミツクス
粉末とが混じり合うことはなく、金属粉末の充填操作は
容易であり、セラミツクス粉末層との境界面の明瞭な積
層充填が行われる。金属粉末の焼結処理は、セラミツク
ス粉末層でカプセルとの接触を遮断された状態で行われ
るので、カプセルとの固相拡散がなく、焼結体はカプセ
ルに対し非接合の状態を保持する。セラミツクス粉末
は、金属粉末のHIP処理過程で焼結せず、処理後も易
崩壊性の非固結状態を保持する。このため、HIP処理
後の焼結体の取出しは、カプセルの一部を切断する簡単
な加工操作により達成される。セラミックス粉末は、焼
結体の取り出しの際に崩壊し焼結体から分離される。
【0006】
【発明の実施の形態】金属カプセルは、軟鋼製缶容器
等、HIP処理に通常使用される金属材種を用いて製品
焼結体の形状に相応する形状に形成された容器である。
バリアー層を形成するセラミックス粉末の材種は、例え
ばアルミナ(Al2 3 ),シリカ(Si2 O), 窒化珪
素(Si3 4 ), 窒化硼素( BN) 等の一般的なセラ
ミックスから適宜選択される。セラミックス粉末成形体
の成形加工は、所望の形状・サイズ等に応じた各種の方
法、例えば木型による成形,ラバープレス,押出成形,
冷間静水圧加圧成形等が適用される。セラミックス粉末
は、その粉末粒度や適用される成形加工法等に応じて、
例えばフェノール樹脂等の有機バインダおよび硬化剤を
添加された混合物として成形加工に供される。中空円筒
形状の成形体を成形する場合は、遠心力を利用した泥し
ょう鋳込み成形法を適用することができ、そのセラミッ
クス粉末として微細粉末(平均粒径約10μmないしそ
れ以下)を使用する場合は、有機バインダ等の添加を必
要とせず、セラミックス粉末を水に懸濁してスラリー
(泥しょう)とし、遠心泥しょう鋳込み成形に付して、
中空円筒状の成形体を得ることができる。
【0007】図1は、金属カプセル内に、セラミックス
粉末からなるバリアー層と金属粉末とを積層充填した例
を示している。この例は、パイプ形状の多孔質焼結体を
製造するものであり、金属カプセル(1)は、大径の外
筒部材(11 )と小径の内筒部材(12 )を有し、これ
にバリアー層となるセラミックス粉末層(2)として、
外筒部材11 の内周面に沿う中空円筒状の粉末成形体
(21 )と、内筒部材(12 )の外周面に沿う粉末成形
体(22 )が装填され、その内側空間内に焼結原料であ
る金属粉末(3)が充填されている。セラミツクス粉末
層の層厚は、例えば5〜15mmであり、セラミツクス粉
末の粒径は、金属粉末と同程度のもの、あるいはそれよ
り微細粒径のものであってよい。
【0008】焼結原料である金属粉末の材種は、例えば
ステンレス鋼,工具鋼,高速度鋼、その他、製品焼結体
の用途・要求特性に応じた各種金属(合金)が適宜選択
使用される。金属カプセル内にバリアー層となるセラミ
ックス圧粉成形体を装填し、焼結原料(金属粉末)を積
層充填したのち、カプセルを密封する。なお、セラミッ
クス圧粉成形体が、有機バインダを含有するものである
場合は、カプセルの密封に先立って、有機バインダを除
去するための一次熱処理を施す。処理温度は、バインダ
の剤種により異なるが、例えば400〜500℃であ
る。遠心力泥しょう鋳込み成形法等により成形された成
形体であって、有機バインダ等を含有しないものである
場合でも、未乾燥状態のものを使用する場合には、カプ
セルの密封に先立って、乾燥のための適当な熱処理が施
される。
【0009】金属カプセルを密封した後のHIP処理
は、高緻密質の焼結製品を目的とする通常のHIP処理
と異なり、多孔質の焼結体を得るために、低温・低圧の
処理条件が適用される。そのHIP処理は、好ましく
は、温度: 0.35〜0.85mpK (mpKは金属粉末の融点,絶
対温度)、加圧力: 5 〜150 MPaで行われる。これよ
り低温・低圧では金属粉末の焼結反応が不足し、他方こ
れより高温・高圧では、得られる焼結体の多孔性が損な
われるからである。
【0010】上記HIP処理は低温・低圧の条件下に行
われるので、形成される多孔質焼結体は、その用途によ
り強度が不足する場合がある。このため、所望により、
その焼結体の粒子間結合を強化するための熱処理が施さ
れる。熱処理温度は、約0.6〜0.95mpK の範囲が適当で
あり、同温度域に適当時間保持することにより、焼結体
の多孔性を損なわずに、焼結体の強度を高めることがで
きる。この熱処理は、HIP装置内において、静水圧媒
体の加圧作用を解除し常圧に戻した状態で行うこともで
きる。
【0011】HIP処理(および所望により実施される
強化熱処理)の後、金属カプセルから焼結体を取り出
す。焼結体は、セラミツクス粉末層に被包されて金属カ
プセルに対し非接合の状態に保持され、またセラミツク
ス粉末層は崩壊可能な非固結状態を維持している。この
ため、カプセルの一部を切断することにより、焼結体に
損傷を与えることなく、これをカプセル内から取り出す
ことができる。例えば、前記図1のような金属カプセル
を使用して製造されるパイプ状焼結体の場合は、金属カ
プセルの片側部を切断除去して開口させるだけで、バリ
アー層であるセラミックス粉末層を崩壊させながら焼結
体を取り出すことができる。
【0012】従って、旋盤加工でカプセルを焼結体の表
面から除去する方法に比し、カプセル除去工程が著しく
簡素・低コスト化され、また従来法のように焼結体表面
を切削除去することもなく、製造歩留りが高められると
共に、ネットシェイプの製品焼結体を得ることができ
る。この焼結体表面の切削除去が回避されることによる
歩留りの向上およびネットシェイプ成形の効果は、特に
薄肉焼結製品の製造において顕著である。なお、カプセ
ルから取り出した焼結体の表面には、少量のセラミック
ス粉末が付着している場合もあるが、これはブラシなど
で軽くこすることにより容易に除去される。
【0013】
〔実施例1〕
(1) アルミナ系の砂に、フェノール系樹脂(神戸理化学
工業(株)「フェニックス620L」) および硬化剤(神戸
理化学工業(株)「C-45」)を、それぞれ2.0重量%
(対砂比)、25重量%(対樹脂比)添加し混合する。
混合物を木型で成形加工し、口径の異なる2つの円筒状
成形体(外筒成形体21 ; 内径104 ×肉厚10×長さ500,
内筒成形体22 : 外径100 ×肉厚10×長さ500 ,mm)を
得る。 (2) 金属カプセル1は、外筒部材11 (内径125 ×肉厚
2 ×長さ500,mm),内筒部材12 (外径79×肉厚2 ×長
さ500,mm)および下蓋材と上蓋材からなり、外筒部材1
1 と内筒部材12 および下蓋材を溶接で組立て、これに
セラミックス成形体21 ,22 を装入したうえ、ステン
レス鋼SUS316L のアトマイズ粉末(粒径: -300/+210 μ
m)を充填する。
【0014】(3) 一次熱処理として、450 ℃の大気熱処
理を施した後、上蓋材を被せ溶接してカプセルを密封
し、HIP処理(620 ℃×108Mpa×3Hr)に付す。HIP
処理後、HIP装置内で、焼結体の粒子間結合を強化す
るための熱処理(1100℃×4 Hrの大気熱処理)を施す。
処理後、カプセルの底板側を切断除去し、セラミックス
粉末層を崩壊させて焼結体を取り出す。 焼結体サイズ: 外径103.5 ×内径100.0(肉厚1.75) ×長
さ490, mm 。 焼結体の気孔率: 約25%。
【0015】〔実施例2〕 (1) シリカ粉末(平均粒径:10 μm) を水に懸濁したス
ラリーを遠心力泥しょう鋳込み成形に付し、口径の異な
る2つの円筒状成形体(外筒成形体21 ; 内径105 ×肉
厚10×長さ500,内筒成形体22 : 外径100 ×肉厚10×長
さ500 ,mm)を得、風乾の後、加熱乾燥して水分を除去
する。 (2) 金属カプセル1は、外筒部材11 (内径126 ×肉厚
2 ×長さ500,mm),内筒部材12 (外径79×肉厚2 ×長
さ500,mm)および下蓋材と上蓋材からなり、外筒部材1
1 と内筒部材12 および下蓋材を溶接で組立て、これに
セラミックス成形体21 ,22 を装入したうえ、ステン
レス鋼SUS316L のアトマイズ粉末(粒径: -300/+210 μ
m)を充填する。
【0016】(3)上蓋材を被せ、溶接によりカプセルを
密封し、HIP処理(620 ℃×108Mpa×2Hr)に付す。H
IP処理後、HIP装置内で、焼結体の粒子間結合を強
化するための熱処理(1100℃×4 Hrの大気熱処理)を施
す。処理後、カプセルの底板側を切断除去し、セラミッ
クス粉末層を崩壊させて焼結体を取り出す。 焼結体サイズ: 外径104 ×内径100(肉厚2), 長さ490, m
m 。 焼結体の気孔率: 約27%。
【0017】
【発明の効果】本発明によれば、熱間静水圧加圧処理に
よる金属系多孔質焼結体の製造において、カプセルを切
断する簡単な処理で、製品焼結体を取り出すことがで
き、従来の旋盤加工等に比し、カプセル除去コストを大
幅に低減することができると共に、ネットシェイプの焼
結体を得ることができ、特に薄肉厚の多孔質焼結体の製
造における効果は顕著である。本発明により製造れる金
属系多孔質焼結体は、例えば廃棄物焼却炉に設置される
除塵用フィルタ装置を構成する多孔質体等の製造法とし
て有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明におけるカプセル内のバリアー層(セラ
ミツクス粉末層)および金属粉末の積層充填形態の例を
示す径方向断面図である。
【符号の説明】
1(11,2 ): 金属カプセル 2(21,2 ) : バリアー層(セラミックス粉末層) 3: 金属粉末
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 船越 淳 大阪府枚方市中宮大池1丁目1番1号 株 式会社クボタ枚方製造所内 (72)発明者 元木 龍太郎 大阪府枚方市中宮大池1丁目1番1号 株 式会社クボタ枚方製造所内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属カプセルに金属粉末を封入して熱間
    静水圧加圧処理する金属系多孔質焼結体の製造方法にお
    いて、金属粉末と金属カプセルとの界面の固相拡散を阻
    止するバリアー層として、セラミツクス粉末の成形体か
    らなる層を金属カプセルの内面に沿って設け、該成形体
    層の内側空間に金属粉末を充填したうえ、カプセルを密
    封して熱間静水圧加圧処理することを特徴とする金属系
    多孔質焼結体の製造方法。
JP11064097A 1997-04-28 1997-04-28 金属系多孔質焼結体の製造方法 Pending JPH10298609A (ja)

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