JPS6335459A - 焼結性物質含有混合物の成形体の脱脂方法 - 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】 り灸二二血月上■ 本発明は射出成形法、押出成形法およびプレス成形など
の成形法によって成形された焼結性物質含有混合物の成
形体の脱脂方法に関するものであり、脱脂時間を大幅に
短縮させるのみならず、脱脂時に発生するフクレ、亀裂
、さらに有害な変形などのない焼結性物質含有混合物の
成形体の脱脂物を提供することを目的とするものである
。

良釆立且遺 現在、アルミナ、炭化ケイ素、フェライト、チタン酸バ
リウム、チッ化ケイ素などのセラミンクス材料およびニ
ッケル、チタン、鉄などの金属のそれぞれの粉末にポリ
ビニルアルコールなどの水溶性物質を数パーセント混合
させ、顆粒化した粉末をプレス法によって成形させて賦
形化した後、脱詣参焼結させるか、あるいはポリビニル
ブチラールなどの有機物質をトルエンなどの有機溶剤と
ともに混合し、ドクターブレード法によってシートを製
造し、このシートを乾燥させた後、打ち抜き型で打ち抜
き、脱脂・乾燥させることによって成形物を得ることが
一般に行なわれている。しかし、このような方法では、
三次元であり、かつ複雑な形状を有する成形物を得るこ
とはできなかった。最近では、複雑な三次元の形態を有
する成形物を得るために射出成形法によってグリーン体
を得る方法が開発されている。この射出成形法で複雑な
形状を有するグリーン体を得るにはワックス、スチレン
系重合体、アクリル系重合体などの各種高分子重合体の
低重合物１０〜３０重量％を前記セラミックス物質また
は金属に混合させた混合物を射出成形機を使って金型中
に充填させることによって実施されている。このように
して得られたグリーン体を焼結するためには成形体の賦
形に使用した高分子物質や有機物質を除去する脱脂工程
が必要である。高分子物質、有機物質が除去された後、
焼結工程を経て焼結体を得ることができるが、従来のプ
レス法、ドクターブレード法などの方法では、脱脂工程
において成形体にフクレ、亀裂、さらに有害な変形が発
生することもなく、かつ脱脂に要する時間も短時間であ
る。

しかしながら、射出成形法、押出成形法などの成形法に
よって成形体は高分子物質や有機物質の含有量が多いた
めに脱脂工程が従来法に比較して大幅に長時間要するこ
と、さらに、脱脂工程中にグリーン体表面にフクレ、亀
裂、さらに成形体が変形してしまうなどの問題がある。

が　　しよラ　　　０　く 以上のことから、本発明はこれらの問題点（欠点）がな
く、すなわち射出成形法、押出成形法などによるグリー
ン体より効率よく、焼結体を製造するために脱脂工程を
短縮し、かつ脱脂時にフクレ、亀裂などの有害な変形を
発生させない方法によって製品を得ることである。

口　　　　　　　ため　　　゛　び 本発明にしたがえば、これの問題点は、焼結性物質含有
混合物の成形体を圧力が１０Ｐａないし８Ｘ　１０’　
Ｐａ　（０，１〜８０ミリバール）および温度が２０〜
３００℃の条件で該成形体中のバインダーが５．０〜５
０重量％減少するまで処理させた後、さらに２．０Ｘ１
０　　Ｐａないし１．ＯＸ　１０”　Ｐａ（２〜１０Ｋ
ｇ／　ｃ　ｍ”）　（７）条件下で最高温度が３００〜
６００℃まで昇温速度が一時間当り　０．５〜１００℃
で脱脂させることを特徴とする焼結性物質含有混合物の
成形体の脱脂方法、 によって解決することができる。以下、本発明を具体的
に説明する。

本発明における焼結性物質含有混合物は本質的に下記の
焼結性物質とバインダーとからなる。

（Ａ）　　焼結性物質 本発明の焼結性物質の融点、分解温度まは昇華点は通常
６００℃以上であり、ｔ、ｏｏｏ℃以上が好ましく、特
にｌ　、　４００℃以上が好適である。融点、分解温度
または昇華点が６００℃未満の金属または無機化合物を
焼結性物質として使用すると、脱脂（か焼）時に有害な
変形やふくれを生じる。

また、平均粒径は０．１〜５００ミクロンである。

この平均粒径は焼結性物質の種類によって異なるが、金
属の場合では、通常１〜５００ミクロンであり、　１〜
３００ミクロンが望ましく、とりわけ　１〜２００ミク
ロンが最適である。平均粒径が１ミクロン未満の金属を
用いると、混線が困難である。

一方、　５００ミクロンを越えた金属を使うならば、焼
結によって得られる成形物の機械的物性が低下する。ま
た、無機化合物の場合では、一般に０．１〜２００ミク
ロンであり、０．１〜１５０ミクロンが好ましく、特に
０．１〜１００ミクロンが好適である。平均粒径が０．
１ミクロン未満の無機化合物を使用すると、組成物を製
造するさいに混練時において無機化合物の均一の分散が
困難である。

一方、　２００ミクロンを越えた無機化合物を用いると
、組成物の成形物を焼結するさいに保形性が悪くなると
ともに、焼結後の密度が低下し、焼結体の機械的強度が
低下する。

本発明において焼結性物質として用いられる金属の代表
例としては、アルミニウム、鉄、銅、チタン、モリブデ
ン、ジルコニウム、コバルト、ニッケルおよびクロムの
ごとき金属ならびにこれらの金属を主成分（少なくとも
５０重量％）とする合金があげられる。これらの金属お
よび合金の粉末は軸受台金、快削鋼、耐熱材、耐摩耗材
などとして広く使われているものであり、通常粉末冶金
材料と云われているものである。また、無機化合物の代
表例としては、アルミナ、炭化珪素、窒化珪素、ジルコ
ニア、コージライト、タングステンカーバイド、窒化ア
ルミニウムなどのセラミックス材料があげられる。さら
に、焼結助剤として、ホウ素、ベリリウム、炭素、酸化
イットリラム、酸化セリウム、酸化マグネシウム、酸化
リチウムなどを適宜少量（一般には、１００重量部の無
機化合物に対して多くとも２０重量部）添加させてもよ
い。

（Ｂ）バインダー また、バインダーとして使用可能な樹脂としては、エチ
レン系重合体、スチレン系重合体、プロピレン系重合体
、エチレン−酢酸ビニル共重合体、アルキル（炭素数　
６個以下）メタアクリレートを主成分（５０重量％以上
）とする重合体（たとえば、ポリメチルメタクリレート
、ポリエチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレー
ト）およびアルキル（炭素数　６個以下）アクリレート
を主成分（５０重量％以上）とする重合体（たとえば、
ポリメチルアクリレート、ポリエチルアクリレート、ポ
リブチル７クリレート）があげられる０以上において、
“系重合体”とは該七ツマ−の単独重合体および該モノ
マーを主成分（少なくとも５０重量％）とし、他のモノ
マーとの共重合体を意味する。これらのバインダーの数
平均分子量〔蒸気浸透圧の法（ｖａｐｏｒ　ｐｒｅｓ、
ｓｕｒｅｏｓｍｏ■６ｔｅｒ）法によって測定〕は通常
２０００ないしｌＯ万であり、４０００以上のものが好
ましい、これらのバインダーはセラミックス材料と混合
して焼結物質を製造する分野において広く使われている
ものである。

（Ｃ）混合物の製造 本発明の混合物を製造するにあたり、前記焼結性物質１
００重量部に対するバインダーの混合割合は一般には５
〜４０重量部であり、１０〜４０重量部が望ましく、と
りわけ１０〜３０重量部が好適である。

焼結性物質１００重量部に対するバインダーの混合割合
が５重量部未満では、混合物の混練性、成形性および分
散性が悪いばかりでなく、均一な混合物を製造すること
が困難であり、たとえ均一な混合物が得られたとしても
、良好なグリーン体を得ることができない、一方、４０
重量部を越えると、グリーン体物性（強度、保形性）は
よいが、脱バインダー後の密度が低く、さらに焼結しに
くい。

さらに、必要に応じて、脂肪酸アミド、脂肪酸またはそ
のエステル、脂肪族アルコール、フタル酸エステル、脂
肪族エーテル、パラフィンワックス、シラン系またはチ
タネート系カップリング剤などのハロゲンを含有しない
加工助剤を添加することができる。このさい、加工助剤
の添加量は焼結性物質１００重量部に対して多くとも２
０重量部であり、特に１０重量部以下が好ましい。

以上の焼結性物質とバインダーあるいはこれらと加工助
剤を均一に混合させることによって本発明の焼結性物質
含有混合物を製造することができる。混合方法としては
熱可塑性樹脂の分野において一般に使われているヘンシ
ェルミキサーのごとき混合機を用いてトライブレンドさ
せても製造することができるし、バンバリーミキサ−、
ニーダ−、ロールミルおよびスクリュ一式押出機のごと
き混合機を使用して溶融混練させても得ることができる
。このさい、あらかじめトライブレンドし、得られる混
合物を溶融混練させることによって均−状の混合物を得
ることができる。この場合、一般には溶融混練させた後
ペレット状物に成形し、後記の成形に供する。

（Ｄ）成形法 本発明の脱脂法に用いる焼結性物質含有混合物の成形体
は射出成形機、押出成形機、プレス成形機などを使って
混合物中のバインダーが溶融する温度であるが、バイン
ダーが分解しない温度で成形させることによって得られ
る。成形温度は焼結性物質含有混合物中のバインダーの
種類によって限定することができないが、一般には７０
〜３００℃である。得られた各種の形状の焼結性物質含
有混合物の成形体は後記の脱脂に供せられる。

本発明の重要な要素である脱脂方法は二つの工程に分け
ることができる。最初に減圧下で加熱処理させた（以下
「第−脱脂工程」と云う）後、さらに加圧下で昇温させ
る（以下「第二脱脂工程」と云う）ことが特徴である。

（Ｅ）第−脱脂工程 本発明の第−脱脂工程を実施するにあたり、圧力は１０
Ｐａないし８Ｘ　１０４Ｐａテあり、　１００Ｐａない
し７Ｘ１０　　Ｐａが好ましく、特にｌＸ１０３Ｐａな
いし５Ｘ１０’Ｐａが好適である。この工程を１０Ｐａ
未満で実施すると、処理温度をいかに下げたとしても、
成形体の表面にフクレが発生する。一方、８Ｘ　１０’
Ｐａを越えて行なうと、処理温度を下げ、処理時間を大
幅に延長させることをしない限りは、成形体の表面にフ
クレが発生したり、亀裂が発生する。

また、処理温度が２０〜３００℃であり、４０〜２５０
℃が望ましく、５０〜２３０℃が好適である。処理温度
が２０℃より低い温度でこの処理を行なうと、後記の第
二脱脂工程で種々の条件を変えたとしても、成形体の表
面にフクレが発生する。一方、３００℃より高い温度で
行なうならば、この第−脱脂工程において成形体が変形
する。この第−脱脂工程で最高処理温度までの昇温速度
は特に限定されないが、一時間当り１０〜１００℃が一
般的である。さらに、昇温時までに減圧下においても、
また所定温度に到達した後、減圧を開始してもよい。

この第−脱脂工程を実施するにあたり、圧力と温度との
関係は特に限定されないが、温度が低い場合では、圧力
を下げる必要がある。一方、圧力が高い場合では、比較
的に高い温度で実施することが望まれる。

この第−脱脂工程において、成形体中のバインダーが５
〜５０重量％（好ましくは、５〜４５重量％）まで減少
するまで、前記の圧力および温度で処理することが重要
である。短時間で処理させると、成形体がフクレを生じ
たり、亀裂、変形が発生するために好ましくない、しか
し、長時間にわたって行なうと、工業的に望ましくない
、したがって、一般にはこの処理時間は０．１〜１０時
間であり、　０．２〜５時間が好適である。

本発明の第−脱脂工程において、２．５Ｘ　１０’　Ｐ
ａないし４．ＯＸ　１０’　Ｐａの圧力で、１２０〜１
８０℃の温度で０．５〜２時間処理することが好適であ
る。

（Ｆ）第二脱脂工程 このようにして第−脱脂工程によって得られた成形体を
加圧処理（第二脱脂工程）を実施することによって脱脂
の時間を大幅に短縮することができる。

この第二脱脂工程における圧力は２．５Ｘ　１０５Ｐａ
ないし　１．ＯＸ　１０”　　ｐａ　　（２〜１０Ｋｇ
／　ｃ　ｍ’）であり、３、ＯＸ　１０　　Ｐａないし
９．ＯＸ　１０５Ｐａが好ましく、特に４．０Ｘ１０　
　Ｐａないし８．５Ｘ　１０５Ｐａが好適である。

この工程において、２．ＯＸ　１０”　Ｐａより低い圧
力で実施するならば、昇温速度を遅くさせたとしても、
成形体にフクレが発生する。一方、１．ＯＸ　１０８Ｐ
ａを越えてこの工程を実施すると、製造上に問題がある
。

この工程における昇温速度は一時間当り　０．５〜１０
０℃であり、　１．０〜１００℃が望ましく、とりわけ
２０〜７０℃が好適である。昇温速度が一時間当り０．
５℃未満でこの工程を実施すると、脱脂時間の短縮にな
らない。一方、一時間当り　１００℃を越えて行なうと
、成形体にフクレが発生する。また、最高温度は３００
〜８００℃であり、３５０〜６００℃が好ましく、特に
４００〜５８０℃が好適である。最高温度が３００℃未
満では、得られる成形体に炭素などの残存量が多いため
に焼結時に亀裂などが発生する。一方、最高温度が６０
０℃を越えると、成形体を焼結するさいに取り扱いが問
題となる。

以上の第一処理工程および第二処理工程は、いずれも不
活性ガス（たとえば、窒素ガス）中で行なってもよく、
酸素や空気中で実施してもよい。

本発明によれば、焼結性物質含有混合物の成形体を脱脂
するさいにまず減圧処理（第−脱脂工程）し、しかる後
に加圧処理（第二脱脂工程）することにより、成形の表
面にフクレ、亀裂、変形などの有害な変形を発生せず、
かつ脱脂の時間を従来の単に加圧のみで脱脂をした場合
、または真空のみで脱脂をした場合、大気圧下で脱脂を
するのに比べて大幅に短縮することが可能である。この
ようにして得られた脱脂体は焼結を行なうことによって
最終製品に仕上げることができる。

−ゝび 以下、実施例によって本発明をさらにくわしく説明する
。

実施例　１〜１０、比較例　１〜３ 平均粒径が１．Ｏｐ、　ｖｓであるアルミナ（昭和軽金
属社製、商品名　ＡＬ−４５−Ａ　）　、平均粒径が０
．６ｇｍである炭化ケイ素（昭和電工社製、商品名ＤＵ
　　Ａ−２Ｓ）および平均粒径が４０ＩＬ園である純鉄
（昭和電工社製、商品名　７トミロン）を焼結性物質と
して使った。

第１表に示されているこれらの焼結性物質をそれぞれ９
０重量部、数平均分子量が約３０万であるポリアクリル
酸メチル１０重量部、２．０重量部のジブチルフタレー
トおよび１．０重量部のステアリン酸をあらかじめヘン
シェルミキサーを用いて５分間トライブレンドを行なっ
た。得られた各混合物を二軸押出機（径　３０Ｉ）を使
用して１２０℃の温度において混練させながら組成物（
ペレット）を製造した。得られた各ペレットを射出成形
機を使って　１６０℃において成形し、肉厚が５ｍ鵬、
高さが１３０ｍｍおよび外径が２５ｍｍの円筒状の成形
体を製造した。

得られた各成形体を減圧炉に入れ、圧力および温度が第
１表に示されている条件下で第１表に示されている時間
減圧処理（第−脱脂工程）を行なった。脱脂された各成
形体中の出発物質であるバインダー（ポリアクリル酸メ
チル、ステアリン酸、ジブチルフタレート）の減少量（
脱脂量）を求めた。それらの結果を第１表に示す。

このようにして脱脂された各成形体を加圧炉に入れ、窒
素雰囲気下で圧力および昇温速度が第１表に示されてい
る条件で最高温度まで昇温させ、加圧処理（第二脱脂工
程）を行なった。このようにして脱脂された成形体の外
観は比較例１を除き、すべてなんら異常を認めることが
できなかったが、比較例１では、外観にふくれが発生し
ていた。

このようにして脱脂された各成形体を焼結炉に入れ、窒
素雰囲気下で１６００℃まで（ただし、実施例９では、
アルゴン雰囲気下で２２００℃まで、実施例１０では、
真空下で１１００℃まで）昇温速度が１００℃／時間で
昇温させ、焼結を行なった。全実施例で得られた焼結体
は、すべてなんら異常を認めることができなかった。し
かし比較例２および３では、焼結体の表面にふくれが発
生していた。

また、比較例１では、焼結体に亀裂が発生していた。

（以下余白） 発」ＬＬ」Ｌ釆 本発明方法によれば下記のごとき効果（特徴）を発揮す
る。

（１）脱脂時間が大幅に短縮される。

（２）脱脂された成形体にふくれ、亀裂、変形などの発
生がない。

（３）複雑な形状を有する成形体であっても、上記のご
とき異常がなく脱脂することができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　焼結性物質含有混合物の成形体を圧力が１０Ｐａない
   し８×１０＾４Ｐａおよび温度が２０〜３００℃の条件
   で該成形体中のバインダーが５〜５０重量％減少するま
   で処理させた後、さらに圧力が２．０×１０＾５Ｐａな
   いし１．０×１０＾６Ｐａの条件下で最高温度が３００
   〜６００℃まで昇温速度が一時間当り０．５〜１００℃
   で脱脂させることを特徴とする焼結性物質含有混合物の
   成形体の脱脂方法。