JPH01208404A - 粉末加工方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は金属またはセラミックスの焼結体を製造する粉
末加工方法に関し、特にグリーン成形体を射出成形また
は押出成形ののちち１．加熱脱脂を行う工程を含む粉末
加工方法に関する。

［従来の技術］ 一般に金属またはセラミックスの焼結体を製造する粉末
加工方法において、焼結前のグリーン成形体は粉末を圧
縮成形した圧扮体として得られている。これは通常上下
方向から原料粉末をパンチで加圧する方法であることか
ら、得られる成形体及びこれより焼結した焼結体の形状
としては円柱、円筒のような比較的単純なものに制約さ
れている。

そしてより複雑な形状の金属またはセラミックス製品を
得るには焼結上がりの焼結体に、さらに切削、研削等の
後加工を施ず必要かある。

一方、いわゆるエンジニアリングセラミックス等を中心
とした窯業製品の分野では、原料粉末に１０〜２０重量
％の有機バインダーを加え、混合、混練し、続いて射出
成形または押出成形することにより複雑形状のグリーン
成形体を得て、続いて加熱脱脂及び焼結の各工程を経て
、焼結製品とする粉末加工方法か行なわれ始められてお
り、注目されつつある。

また近年アトマイス法に代表されるように金属粉末の製
造技術の進展には著しいものがあり、前述のようなセラ
ミックス加工方法を金属加工方法にも適用することが試
みられている。

ここで、上記したセラミックス加工方法の中で射出成形
法、押出成形法はプラスチック材料の成形に適用されて
きた方法であるが、この方法は複雑形状のものを精度良
く大量に生産できるため、プラスチック材料に限らず、
金属、セラミックスの焼結体等の従来の技術では不可能
であった形状のものを低コストで市場に提供することが
できる等数々の利点を有している。

［発明か解決しようとする課題］ しかしながら、上述のような混合、混練した後、射出成
形もしくは押出成形を行いグリーン成形体を得て、この
グリーン成形体を加熱脱脂する脱脂工程と、加熱脱脂の
後焼結を行い焼結体を得る焼結工程とを含む粉末加工方
法によって焼結製品を製造する上での最大の技術的な問
題点は原料粉末に多量の有機バインターを主成分とする
バインダーを加えであることから、この有機バインダー
を如何にして除去するかということとなる。通常有機バ
インダーの除去、即ち脱脂は加熱によって有機バインダ
ーを分解、揮散させることによる。この加熱脱脂時の雰
囲気としてはセラミックスについては原料粉末が酸化物
であることが多いため、酸化性の雰囲気でも支障なく、
むしろ、有機バインダーが燃焼反応により、二酸化炭素
カスと水蒸気となって散逸するという利点がある。しか
し金属の場合では酸素の存在は金属を酸化させ、特性劣
化の原因となるので、酸素の存在は極力少くする必要が
ある。ところが一般に有機バインダーのような有機ポリ
マーの熱分解反応はラジカル開裂によって進むと考えら
れるが、不活性カス中でのラジカル連鎖反応では有機ポ
リマーからの水素の引き抜き反応を伴い、有機ポリマー
の炭化を引き起こすことがある。このような炭化の進行
した有機物は蒸気圧か低く、揮散し難いので脱脂後の成
形体に残留し、ある種の金属は炭素と固溶体を形成する
ことから焼結後でも成形体の中に残留して製品の特性を
劣化させることとなる。

また還元雰囲気による脱脂方法として、特願昭５８−’
１０２３’１０号公報に開示されているが、１００％還
元雰囲気で脱脂を行なうと、高々９３％程度の焼結密度
しか得られておらず、なお更の密度向上が必要であった
。

本発明はかかる問題点に鑑み、組成調整し加熱脱脂工程
での有機バインダーの炭化を抑制し、焼結体の残留炭素
濃度を低くする粉末加工法を提供することを目的とする
。

［課題を解決するための手段］ 本発明によれば、加熱脱脂工程を有する粉末加工方法に
おいて、前記加熱脱脂工程は水素及び不活性カスよりな
る混合ガス気流下で加熱脱脂を行う工程であることを特
徴とする粉末加工方法か得られる。

前述のように有機バインダーの炭化は水素の引き抜き反
応によって起こると考えられることから、本発明者らは
熱分解で生成したラジカルを加熱脱脂炉中に水素を導入
して不活性化することを検討した結果、水素と不活性カ
スを一定の割合で導入することによって加熱脱脂後の成
形体の残留炭素濃度を飛躍的に低下し、また焼結後の密
度が向上することを見出し、本発明をなすに到ったもの
である。

ここで加熱脱脂に用いる脱脂炉中に純水素を導入しない
で不活性ガスと混合したものを導入する理由としては、
炭素を完全に除去した場合、焼結体の密度がある一定限
度以上とならないためである。即ち金属を微粉末とした
場合には表面には物理的、化学的に吸着した酸素が存在
し、焼結反応の妨げとなるが、成形体焼結時に一定量の
炭素が存在すると酸素と反応して二酸化炭素を生成して
飛散するという現象が起こっているためと考えられる。

本発明者らの検討結果によると水素の濃度は５０〜９０
容量％が望ましいが、最も望ましくは７０〜８０容量％
である。水素と混合する不活性ガスとしては窒素、アル
ゴンなどが挙げられるが価格を考慮すると窒素か望まし
い。しかし金属によっては窒化物を生成するのでその場
合にはアルボンが用いられる。また有機バインダーの熱
分解によって発生するカスは飽和蒸気圧を持っているか
ら脱脂炉内は常に混合ガスが流れている状態に保持する
必要がある。その流量は少な過ぎては分解ガスが飽和濃
度に達してしまい、多過ぎるとコスト的に不利となるの
で、内容積１２０ｊの炉の場合、５〜１５ｊ／ｌｉｎが
適当である。

また一般に加熱脱脂工程では昇温速度を大きくすると成
形体が“ダレ”、“割れ”、“ふくれ′。

等の変形を起こすため、その昇温速度は５〜１０”Ｃ／
ｆｌｒに制限されていたか、意外にも本発明による脱脂
法では昇温速度を不活性ガス雰囲気の場合の信置上の１
０℃／１１ｒ以上としても変形は少いことが認められた
。上記した変形の原因としては単位時間に発生ずる分解
ガスの客足が多過ぎるとがあけられるか、本発明に係る
脱脂法ではバインターの熱分解で発生したラジカルが直
ちに不活性化されるため、連鎖反応が起こらず、分解カ
スの低分子量化、即ちガスとなる物質の溶融粘度の減少
が防止されることによると解される。

［実施例コ 以下に実施例を挙げ詳細に説明する。

第１図は本発明の実施ρＩに係る粉末加工方法の混合ガ
ス中の水素濃度と脱脂後の炭素及び水素の残留濃度との
関係を示している。この図において、曲線１１及び曲線
１２は、粉末加工後の焼結体中の炭素及び酸素の残留濃
度を示している。第１表はこの焼結体製造に用いた原料
粉末組成を示す。

この図のように、脱脂工程後の成形体は水素濃度が高い
ほど脱脂量が大きく、また酸素濃度は変わらないことが
判明した。

第２図は、本発明の実施例に係る粉末加工方法の混合ガ
ス中の水素濃度と粉末加工後の焼結体の〜８０％のとこ
ろで最高９７％の相対値になった。

不純物は水素７０％、アルゴン３０％で最少となり酸素
１１０１）ｉｌｌ、炭素４５００１１１であり、第２表
は、本発明の実施例に係る粉末加工方法の脱脂工程での
混合ガスの組成と得られた焼結体の磁気特性を示してい
る。

併せて水素とアルゴンの体積比が４０　：　６０．１０
０：Ｏの場合の比較例に係る混合カスの組成と得られた
焼結体の磁気特性を記した。

以上のように水素の濃度が増す程、ブラウン体の残存炭
素量は低下するが焼結体密度はそれに反し水素濃度が７
０から８０体積率で最大となり、このとき良好な磁気特
性が得られた。

実施例に係る加工方法は次のようにして行われた。Ｆｅ
：５ＯＮＶｔ％−Ｃｏ：５０ｗｔ％なる組成の合金をア
ルゴンカス雰囲気で高周波加熱により溶製し、水アトマ
イズ法により平均粒径約１０μｍの粉末とした。その酸
素濃度を分析したところ約５　、２０００．１３．１！
１．であった。次にその粉末を第１表に示した組成によ
り混合、混練、粉砕し射出成形用の原料を得た。

次に、この原料を用い温度１９０℃、ゲージ圧力１００
に２／ｃＪの条件で外径５０州、内径３５１ｍ。

厚み５州のクリーン成形体を射出成形によりｆｒ製した
。この試料を体積率で水素４０から１００％、アルゴン
６０から０％気流中に投入し、室温から毎時１０°Ｃの
昇温速度で６００″Ｃまで昇温加熱し、６００°Ｃで２
時間保持した後、室温まで冷却した。

上記のような脱脂処理の後、不純物の分析を行なったと
ころ酸素、炭素の含有率は第１図に示す値が得られた。

この試料を真空炉に投入し、２×１０−’ｔｏｎまで減
圧し、毎時２００℃で１２００°Ｃまで室温から昇温し
１０時間保持した後、急冷し焼結体を得た。

［発明の効果］ 以上説明した通り本発明によれば、粉末加工の加熱脱脂
工程において還元ガスと不活性ガスの濃度比を調整する
ことにより、加熱脱脂された成形体は、通常の方法にて
焼結しても高い焼結体密度となるブラウン体を得ること
ができ、この焼結体は良好な磁気特性が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例に係る脱脂工程の混合ガス中
の水素の濃度比を変えたときのブラウン体の残存炭素量
と残存酸素量を示す図、第２図は本発明の実施例に係る
脱脂工程の混合ガス中の水素の濃度比を変えたときの焼
結体密度を示す図である。 ＠１区 水索裳皮　（Ｖｏ１％） 第２図 水系濃度（ｖＯＬ、　％）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．加熱脱脂工程を有する粉末加工方法において、前記
   加熱脱脂工程は水素及び不活性ガスよりなる混合ガス気
   流下で加熱脱脂を行う工程であることを特徴とする粉末
   加工方法。
2. ２．前記混合ガスは、水素５０〜１０ｖｏｌ％残部不活
   性ガスよりなることを特徴とする第１の請求項記載の粉
   末加工方法。