JPS613804A - 金属焼結体用原料シ−トおよびその製造方法 - 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】 Ａ１発明の目的 （１）産業上の利用分野 本発明は金属焼結体用原料シートおよびその製造方法に
関する。

（２）従来の技術 本出願人は、先に焼結性金属粉末と合成樹脂バインダと
の混練物より得られる金属焼結体用原料シートを金属製
ベース材に貼着し、その原料シートを所定の形状に成形
した後成形体に焼結処理を施して焼結体を得ると同時に
その焼結体をベース材に溶着する技術を提案している。

（３）発明が解決しようとする問題点 上記原料シートにおいては、それをベース材に貼着する
際の取扱い性等を考慮して金属粉末に対し１〜１０重量
％の合成樹脂バインダを混入しているので、バインダ使
用量が多い。このバインダは焼結工程において熱分解さ
れてガス化し焼結体より除去されるが、バインダ使用量
が多いと、その分焼結体の気孔率が高くなるため強度上
好ましくない。

本発明ば」−記に鑑み、バインダ使用量を減少し得るよ
うにした前記原料シートおよびその製造方法を提供する
ことを目的とする。

Ｂ１発明の構成 （］）問題点を解決するための手段 本発明に係る金属焼結体用原料シートは、焼結性金属粉
末と合成樹脂バインダとの混練物より得られるシート状
物内に、柔軟性を有する細線状補強体を分散させズ埋設
したことを特徴とする。

また本発明に係る金属焼結体用原料シートの製造方法は
、焼結性金属粉末と合成樹脂バインダとの混練物より２
枚のシート状物を得る工程と、前記両シート物を、それ
らの間に柔軟性を有する細線状補強体を分散挟入させて
貼合せる工程とを用いることを特徴とする。

（２）作　用 前記原料シートは、柔軟性を有する細線状補強体を分散
させて埋設しているので、取扱い性、耐ひび割れ性およ
びなじみ性が良好で、それらの性質は合成樹脂バインダ
の使用量を従来のものの半分に減らしても何ら損なわれ
ることがない。

また前記原料シートは、２枚のシート状物間に前記細線
状補強体を分散挟入させて両シート状物を貼合せること
により得られるので、製造作業が極めて容易である。

（３）実施例 本発明において用いられる柔軟性を有する細線状補強体
としては、ステンレス繊維等の金属繊維、炭素繊維、合
成樹脂製細線、銅等の金属製細線等が該当し、それらは
線状のまま、または網状に編成して使用される。

第１図は原料シートＳｔを示し、それは焼結性金属粉末
と合成樹脂バインダとを混練して得られるシート状物Ｓ
ｏ内に、細線状補強体Ｒを網状に編成して埋設したもの
である。

上記原料シー＋−Ｓｔは以下に述べる手法により製造さ
れる。

Ｎｉ自溶性合金粉末　８０重量％と、Ｍｏ粉砕粉末　２
０重量％とを■−ブレンダにより十分に混合し゛ζ混合
粉末を得、また四フッ化エチレン樹脂エマルジ９ンとア
クリル樹脂エマルジョンを１：１に混合して合成樹脂バ
インダを得る。

上記混合粉末に対し合成樹脂バインダ１．６重量％を添
加して卓上ニーダにより十分に混練し、この混練物を１
００〜１５０℃に加熱して合成樹脂バインダ中の水分を
蒸発させる。得られた混練物の性状は、合成樹脂バイン
ダにより粘結されて無数の団塊状を呈する。

上記混練物を８０〜１００℃に加熱してロール機に複数
回通しＷ−ａ　］、　６　ｔａｒのシート状物を得る。

この場合ロール機のロールを混練物と同程度に加熱する
とシート成形作業が容易に行われる。

前記シー］状物を２枚に切断し、第２図に示すようにそ
れらシート状物Ｓ＋、Ｓｚ間に細線状補強体Ｒとして炭
素繊維を綱状に編成したものを挟入し、それらをロール
機Ｍに通して両シート状物ＳＩ＋３２を貼合せる。

上記工程を経て厚さ３．０ｆｉの原料シートＳＬを得る
。このように細線状補強体Ｒを網状に編成すると、その
取扱い性が良好であるから原料シートＳｔの製造が容易
に行われ、また原料シー）Ｓｔにおいて細線状補強体Ｒ
が均一に分散されるので全体に亘ってなじみ性の平均化
された原料シートＳｔを得ることができる。従来、この
原料シートと同一厚さを有する原料シートを製造する場
合は合成樹脂バインダを混合粉末に対して３重量％程度
添加しているが、本発明においてはバインダ使用量を略
半分にすることができる。

次に第３．第４図を参照しながら上記原料シートｓｔを
用いたプレス用金型の製造方法について説明する。

第３図（ａ）に示すように、ベース材１は鋳鋼（、Ｊｒ
ｓ　　５ｃｓＧ材）より鋳造されたもので、そのワーク
成形部を形成するベース面１ａは完成された金型におけ
るワーク成形部外面（鎖線示）よりも５〜２０寵低くな
るように成形されている。

ベース材１は鋳放しのまま使用されるも・ので、その黒
皮を持つベース面１ａには清掃後アクリル樹脂接着剤を
塗布する。、 第３図（ｂ）に示すように、ベース面１ａに原料シート
ｓｔを積層して貼着し、合成樹脂製成形型ＭＯにより積
層原料シートＳｔを押圧してワーク成形部を成形する。

＝に記原料シートＳｔの貼着作業は、そのシート３ｔの
取扱い性およびなじみ性が良好であるから容易に行われ
、また原料シートＳ口ま耐ひび割れ性に優れているので
成形後のシート面は平滑である。

第３図＜ｃ＞に示すように、ベース材１を容器２に収容
し、積層原料シートＳｔの表面をセラミック粉末で覆い
、容器２内に直径０．７．５ｎの鋼球３を流込んでバン
クアップを行う。この鋼球３の重さにより後述するＮｉ
自溶性合金−ＭＯ粉末の焼結時焼結体の寸法変化、即ち
膨張を抑制するものである。

次いで、容器２を真空焼結炉４に設置して第４図に示す
加熱−冷却条件で有機物質の分解と金属粉末の焼結を行
う。キャリヤガスは窒素ガスまたは還元性の強い水素ガ
スが用いられる。

（Ａ）第１加熱ゾーン（第４図Ａ） この加熱ゾーンＡは常温から６５０℃までであり、昇温
速度は１０〜ｂ 熱ゾーンＡでは先ず水分が蒸発し、次いで合成樹脂バイ
ンダ中の四フフ化エチレン樹脂およびアクリル樹脂が分
解してガス化する。これら合成樹脂は３００〜４００℃
でガス化するが、熱伝導を考慮して６００〜６５０℃に
９０分間均熱保持して殆どの有機物質を除去し、Ｎｉ自
溶性合金−Ｍｏ粉末体を残置する。この有機物質のガス
化を真空焼結炉４内の真空度の変化により説明すると、
常温ではＩ　ＴＯｒｒであるが、６５０℃で９０分間均
熱保持したときは最高２　’ｌ”ｏｒｒに真空度が低下
する。これは主として有機物質の分解ガスの生成による
。そして９０分を経過した後は真空度は再びＩＴｏｒｒ
に上昇するもので、これは真空焼結炉４内より分解ガス
が除去されたごとを意味する。

（Ｂ）第２加熱ゾーン（第４図Ｂ） この加熱ゾーンＢは９００〜１０００℃の範囲であり、
Ｎｉ自溶性合金−Ｍｏ粉末体をＮｉ自溶性合金の固相線
（１０１０〜１０２０℃）以下の温度、例えば９５０℃
に３０分間均熱保持して固相焼結処理を施し、これを仮
焼結する。第１加熱ゾーン八からの昇温速度は１０〜ｂ る。

真空焼結炉４内のＮｉ自溶性合金−Ｍｏ粉末体は、その
表面から加熱されて昇温するので、粉末体全体が均一温
度に達するまでは所定の加熱時間が必要である。若し焼
結温度である１０００〜１２００℃にいきなり加熱する
とＮｉ自溶性合金−Ｍｏ粉末体の表面部分とベース面に
接する部分との間に温度差ができて、気孔率のばらつき
が多くなり均一な焼結体が得られないだけでなく、焼結
後クラック等の欠陥を生じ易くなる。

第２加熱ゾーンＢでは未分解の有機物質が完全にガス化
して除去される。このガス化等により真空焼結炉４内の
真空度は一時的に４　　Ｔｏｒｒに低下するが３０分経
過後にはＩ　Ｔｏｒｒに復帰する。

（Ｃ＞第３加熱ゾーン（第４図Ｃ） この加熱ゾーンＣは、Ｎｉ自溶性合金の固相線（１０１
０〜１０２０℃）直下から液相線（１０７５〜１０８５
℃）を越える温度、即ち１０００〜１２００℃の範囲で
あり、Ｎｉ自溶性合金−Ｍｏ仮焼結体を、例えば液相線
を越える温度である１１００〜１１８０℃、好ましくは
１１６０℃に１２０分間恒温保持してＮｉ自溶性合金の
溶融により液相焼結処理を施し焼結体を形成する。この
場合Ｎｉ自溶性合金の流動はＭＯの存在により妨げられ
、したがって形状維持性が良い。第２加熱ゾーンＢから
の昇温速度は１５〜ｂ り、Ｎｉ自溶性合金−Ｍｏ仮焼結体は第２加熱ゾーンＢ
で既に高温加熱されているので、第３加熱ゾーンＣまで
の昇温時間は僅かである。この第３加熱ゾーンＣの保持
時間が不充分であると焼結が完全に行われず、焼結体に
欠陥を生ずる。

上記のように焼結温度を１１６０℃に選定する理由は、
焼結温度が１２００℃程度となると、焼結体の寸法変化
が大きくなり、また炉温Ｉ＋ＩＪｌｉｌｌが容易でな（
、その上炉内温度がばらつくといった不具合があり、こ
れらの不具合を除去するための作業温度としては１１６
０℃が適当であるからである。

（Ｄ）冷却ゾーン（第４図Ｄ） この冷却ゾーンＤは、前記焼結温度がら略８゜０℃まで
の１次冷却ゾーンＤ、と、略ｓｏｏ”ｃがら略４００℃
までの２次冷却ゾーンＤ２と、略４００℃から常温まで
の３次冷却ゾーンＤ、とに分けられる。

１次冷却ゾーンＤ１は、焼結体の高温下における安定域
であり、この冷却ゾーンＤ、ではできるだけ熱的な刺激
を避け、同時に冷却効率を考慮して最高２℃／分程度の
ゆっくりした速度で冷却する。この冷却ゾーンＤＩで急
冷が行われると焼結体にクランクが多発する。

２次冷却ゾーンＤ２では、ベース材ｌの線膨張とＡｒ、
変態における寸法変化を吸収するために最高３℃／分程
度のゆっくりした速度で冷却する。

この場合焼結体の線収縮は１４．６　ｘ　１０−’／’
ｃであるが、多孔質であるためベース材１の収縮に追随
する。この冷却ゾーンＤ２で急冷が行われると焼結体に
クランクが多発する。

３次冷却ゾーンＤ、では、水、油等の液冷以外のガス冷
却（空冷を含む）により焼結体およびベース材ｌの温度
を常温まで冷却する。

第２図（ｅ）に示すように、上記加熱−冷却処理を経て
、ワーク成形部５ａをＮｉ自溶性合金−Ｍｏよりなる焼
結体Ｓａによって形成された金型５が得られる。

上記焼結体Ｓａはベース材１との溶着性および面粗度が
良好で、気孔率も低い。その上クランク等の欠陥の発生
がなく、また寸法変化も±θ〜＋２ｆｉ以内と精度が良
く、簡単な仕上げ加工を施すことより直ちにプレス作業
に使用することができる。

原料シート状物間の炭素繊維製線状補強体Ｒは焼結体Ｓ
ａ中に残留しており、その補強体Ｒによる繊維強化能に
より焼結体Ｓａの強度を向上させることができる。

この繊維強化能はステンレス繊維等の金属繊維を用いた
場合にも同様に得られる。

線状補強体として銅の４１１ｒｌＩａを用いた場合には
、その細線は焼結工程で溶融して焼結体の気孔を埋め、
その強度を向上させる効果を有する。

線状補強体として合成樹脂製細線を用いた場合には、そ
の細線は合成樹脂バインダと共に熱分解されてガス化し
焼結体より除去される。

なお、両シート状物Ｓ＋、Ｓｚの貼合せ作業は熱板を持
つプレス機により行うこともできる。

Ｃ１発明の効果 本発明に係る金属焼結体用原料シートは、柔軟性を有す
る細線状補強体を分散させて埋設しているので、取扱い
性、耐ひび割れ性およびなじみ性が良好で、それらの性
質は合成樹脂バインダの使用量を従来のものの半分に減
らしても何ら損なわれることがない。

また本発明に係る金属焼結体用原料シートの製造方法は
、２枚のシート状物間に前記細線状補強体を分散させて
両シート状物を貼合せるという簡車な手法を採用してい
るので、製造作業が極めて容易である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すもので、第１図は要部を
破断した原料シートの斜視図、第２図は原料シートの製
造を示す説明図、第３図（ａｌ〜（ｄｌは本発明に係る
原料シートを用いたプレス用金型の製造工程説明図、第
４図は焼結工程における温度と時間の関係を示すグラフ
である。 Ｒ・・・細線状補強体、Ｓｏ、Ｓ＋　、Ｓｚ・・・シー
ト状物、Ｓａ・・・焼結体 第３図 第１図 第２図 第４図 時間

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）焼結性金属粉末と合成樹脂バインダとの混練物よ
   り得られるシート状物内に、柔軟性を有する細線状補強
   体を分散させて埋設してなる金属焼結体用原料シート。
2. （２）前記細線状補強体は金属繊維よりなる、特許請求
   の範囲第（１）項記載の金属焼結体用原料シート。
3. （３）前記細線状補強体は炭素繊維よりなる、特許請求
   の範囲第（１）記載の金属焼結体用原料シート。
4. （４）前記細線状補強体は合成樹脂よりなる、特許請求
   の範囲第（１）項記載の金属焼結体用原料シート。
5. （５）前記細線状補強体は金属製細線よりなる、特許請
   求の範囲第（１）項記載の金属焼結体用原料シート。
6. （６）焼結性金属粉末と合成樹脂バインダとの混練物よ
   り２枚のシート状物を得る工程と、前記両シート物を、
   それらの間に柔軟性を有する細線状補強体を分散挟入さ
   せて貼合せる工程と、よりなる金属焼結体用原料シート
   の製造方法。
7. （７）前記細線状補強体は網状に編成されている、特許
   請求の範囲第（６）項記載の金属焼結体用原料シートの
   製造方法。