JPH05195017A - 焼結時形状変形の少ない高密度鉄系金属粉末焼結体の製造方法 - Google Patents
焼結時形状変形の少ない高密度鉄系金属粉末焼結体の製造方法Info
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- JPH05195017A JPH05195017A JP2991192A JP2991192A JPH05195017A JP H05195017 A JPH05195017 A JP H05195017A JP 2991192 A JP2991192 A JP 2991192A JP 2991192 A JP2991192 A JP 2991192A JP H05195017 A JPH05195017 A JP H05195017A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高密度焼結体の製造において、焼結時の形状
変形を少なくする。 【構成】 平均粒径１〜１８μm の鉄系金属粉末に結合
剤を加え、混合したものを原料として成形し、それを脱
脂後一定範囲の熱伝導率と比熱を有するセラミックの板
上に載せて焼結する。
変形を少なくする。 【構成】 平均粒径１〜１８μm の鉄系金属粉末に結合
剤を加え、混合したものを原料として成形し、それを脱
脂後一定範囲の熱伝導率と比熱を有するセラミックの板
上に載せて焼結する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、粉末冶金法による高密
度かつ形状変化の少ない鉄系金属粉末焼結体の製造方法
に関する。
度かつ形状変化の少ない鉄系金属粉末焼結体の製造方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来行われている粉末冶金では平均粒径
６０〜１００μm 程度の鉄系金属粉末（以下粉末と略
す）を用いるが、最終焼結体の密度比がせいぜい９０％
どまりで、機械的特性、磁気的特性または耐食性が溶製
材に比較して劣る問題があった。近年になって、平均粒
径２０μm 以下の微粉を用いる技術が発達したことで、
焼結体密度比が９５％以上を達成することができるよう
になった。成形方法としては、結合剤として熱可塑性樹
脂などを混合してコンパウンドを作って利用する射出成
形や、スリップ法、または微粉を造粒してプレズ成形に
供する方法が開発されている。しかし、結合材を混合し
て成形する方法では、焼結時に部品の形状がくずれやす
いという問題があった。射出成形の場合、成形体では結
合剤によって保形されているため、この結合剤が焼結前
に除去されると、一時的に部品は著しく脆くなり、外部
からの影響を受け易くなる。この場合、外部の影響とは
部品の自重や炉内の温度分布、部品内の温度分布、焼結
時に部品を置く敷板と部品との摩擦等の相互作用などが
ある。とくに温度分布の影響は大きく、炉内の各位置で
の部品収縮率、または部品内部での収縮率の均一性を低
下させる。そして、この収縮率の不均一によって部品の
形状が大きくくずれ、最終的な部品の形状が設計値より
著しく変形してしまうことがある。温度分布ができるの
は、炉内に挿入される部品と敷板の昇温の不均一のため
であり、敷板の比熱、熱伝導率が大きく影響する。通常
使用されている敷板はアルミナ板であるが、アルミナは
熱伝導率が高くなく、このため炉内温度分布を発生させ
る要因となっていた。
６０〜１００μm 程度の鉄系金属粉末（以下粉末と略
す）を用いるが、最終焼結体の密度比がせいぜい９０％
どまりで、機械的特性、磁気的特性または耐食性が溶製
材に比較して劣る問題があった。近年になって、平均粒
径２０μm 以下の微粉を用いる技術が発達したことで、
焼結体密度比が９５％以上を達成することができるよう
になった。成形方法としては、結合剤として熱可塑性樹
脂などを混合してコンパウンドを作って利用する射出成
形や、スリップ法、または微粉を造粒してプレズ成形に
供する方法が開発されている。しかし、結合材を混合し
て成形する方法では、焼結時に部品の形状がくずれやす
いという問題があった。射出成形の場合、成形体では結
合剤によって保形されているため、この結合剤が焼結前
に除去されると、一時的に部品は著しく脆くなり、外部
からの影響を受け易くなる。この場合、外部の影響とは
部品の自重や炉内の温度分布、部品内の温度分布、焼結
時に部品を置く敷板と部品との摩擦等の相互作用などが
ある。とくに温度分布の影響は大きく、炉内の各位置で
の部品収縮率、または部品内部での収縮率の均一性を低
下させる。そして、この収縮率の不均一によって部品の
形状が大きくくずれ、最終的な部品の形状が設計値より
著しく変形してしまうことがある。温度分布ができるの
は、炉内に挿入される部品と敷板の昇温の不均一のため
であり、敷板の比熱、熱伝導率が大きく影響する。通常
使用されている敷板はアルミナ板であるが、アルミナは
熱伝導率が高くなく、このため炉内温度分布を発生させ
る要因となっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、平均
粒径１〜１８μm の粉末を用いて、焼結後に高密度を達
成し、かつ焼結時の保形性を向上させた焼結体の製造方
法を提案することである。
粒径１〜１８μm の粉末を用いて、焼結後に高密度を達
成し、かつ焼結時の保形性を向上させた焼結体の製造方
法を提案することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、平均粒径１
〜１８μm の鉄系金属粉末に結合剤を添加混合して成形
し、該成形体中の結合剤を除去した後、温度３００Ｋに
おける熱伝導率が４０Ｗ／ｍ・Ｋ以上で、かつ温度１２
００Ｋにおける熱伝導率が７Ｗ／ｍ・Ｋ以上、かつ温度
１２００Ｋにおける比熱が１．０ｋＪ／ｋｇ・Ｋ以上で
あるセラミック板上に該成形体を置いて焼結することを
特徴とする焼結時形状変形の少ない高密度鉄系金属粉末
焼結体の製造方法であり、平均粒径１〜１８μm の鉄
系金属粉末に結合剤を添加混合して成形し、該成形体中
の結合剤を除去した後、温度３００Ｋにおける熱伝導率
が４０Ｗ／ｍ・Ｋ以上で、かつ温度１２００Ｋにおける
熱伝導率が７Ｗ／ｍ・Ｋ以上、かつ温度１２００Ｋにお
ける比熱が１．０ｋＪ／ｋｇ・Ｋ以上であるセラミック
板上に該成形体を置いて、その板を黒鉛板上に載せて焼
結することを特徴とする焼結時形状変形の少ない高密度
鉄系金属粉末焼結体の製造方法である。
〜１８μm の鉄系金属粉末に結合剤を添加混合して成形
し、該成形体中の結合剤を除去した後、温度３００Ｋに
おける熱伝導率が４０Ｗ／ｍ・Ｋ以上で、かつ温度１２
００Ｋにおける熱伝導率が７Ｗ／ｍ・Ｋ以上、かつ温度
１２００Ｋにおける比熱が１．０ｋＪ／ｋｇ・Ｋ以上で
あるセラミック板上に該成形体を置いて焼結することを
特徴とする焼結時形状変形の少ない高密度鉄系金属粉末
焼結体の製造方法であり、平均粒径１〜１８μm の鉄
系金属粉末に結合剤を添加混合して成形し、該成形体中
の結合剤を除去した後、温度３００Ｋにおける熱伝導率
が４０Ｗ／ｍ・Ｋ以上で、かつ温度１２００Ｋにおける
熱伝導率が７Ｗ／ｍ・Ｋ以上、かつ温度１２００Ｋにお
ける比熱が１．０ｋＪ／ｋｇ・Ｋ以上であるセラミック
板上に該成形体を置いて、その板を黒鉛板上に載せて焼
結することを特徴とする焼結時形状変形の少ない高密度
鉄系金属粉末焼結体の製造方法である。
【０００５】
【作用】以下に本発明の具体的構成について述べる。ま
ず、粉末粒径が１〜１８μm と規定したのは、焼結を促
進させ高密度化を達成するためである。この場合、粉末
は単一のアトマイズ粉でも混合粉末でも構わない。使用
する粉末の粒径が小さいため粉末のみでは成形が困難で
あり、また、成形したとしても成形体表面に割れなどの
欠陥を生じたり、金型を傷めるなどの問題がある。そこ
で粉末に結合剤を混合して成形を行う。結合剤としては
ワックス、樹脂またはこれらの混合物を用いても良い。
成形方法は射出成形、押し出し成形、プレス成形のいず
れでも良いが、結合材の混合量は成形する方法によって
異なる。例えば、射出成形では結合剤は１０〜１５重量
％必要であり、プレス成形では０．５〜２重量％であ
る。
ず、粉末粒径が１〜１８μm と規定したのは、焼結を促
進させ高密度化を達成するためである。この場合、粉末
は単一のアトマイズ粉でも混合粉末でも構わない。使用
する粉末の粒径が小さいため粉末のみでは成形が困難で
あり、また、成形したとしても成形体表面に割れなどの
欠陥を生じたり、金型を傷めるなどの問題がある。そこ
で粉末に結合剤を混合して成形を行う。結合剤としては
ワックス、樹脂またはこれらの混合物を用いても良い。
成形方法は射出成形、押し出し成形、プレス成形のいず
れでも良いが、結合材の混合量は成形する方法によって
異なる。例えば、射出成形では結合剤は１０〜１５重量
％必要であり、プレス成形では０．５〜２重量％であ
る。
【０００６】成形後、結合剤を除去するため非酸化性雰
囲気中で加熱する。加熱温度および昇温速度は結合剤の
分解、蒸発する温度によって適当なパターンを選択す
る。その後、焼結を行うが、部品を載せる敷板として焼
結炉内の温度分布を少なくするには、比熱および熱伝導
率の高いものが望ましく、また、焼結温度は１０００〜
１５００℃で適当な温度が選ばれるが、焼結体と反応し
たり溶融することのないセラミック系材料が望ましい。
発明者らは種々のセラミック系材料について検討した結
果、温度３００Ｋ以上で、熱伝導率が４０Ｗ／ｍ・Ｋ以
上、かつ温度１２００Ｋにおける熱伝導率が７Ｗ／ｍ・
Ｋ以上で、比熱が１．０ｋＪ／ｋｇ・Ｋ以上である特性
を有する材料を用いた板が適当であるとの結論を得た。
各温度での熱伝導率および比熱がこれらの値より低い
と、敷板自身の温度が上がり難く温度分布の発生につな
がる。これらの板は単独で使用しても良いが、十分な大
きさのものがない場合には、黒鉛板上にこれらの板を置
き、その上に成形体を置いて焼結しても良い。以上、示
したような本発明の方法によれば、焼結時の部品の形状
くずれが少ない高密度焼結体を製造することができる。
囲気中で加熱する。加熱温度および昇温速度は結合剤の
分解、蒸発する温度によって適当なパターンを選択す
る。その後、焼結を行うが、部品を載せる敷板として焼
結炉内の温度分布を少なくするには、比熱および熱伝導
率の高いものが望ましく、また、焼結温度は１０００〜
１５００℃で適当な温度が選ばれるが、焼結体と反応し
たり溶融することのないセラミック系材料が望ましい。
発明者らは種々のセラミック系材料について検討した結
果、温度３００Ｋ以上で、熱伝導率が４０Ｗ／ｍ・Ｋ以
上、かつ温度１２００Ｋにおける熱伝導率が７Ｗ／ｍ・
Ｋ以上で、比熱が１．０ｋＪ／ｋｇ・Ｋ以上である特性
を有する材料を用いた板が適当であるとの結論を得た。
各温度での熱伝導率および比熱がこれらの値より低い
と、敷板自身の温度が上がり難く温度分布の発生につな
がる。これらの板は単独で使用しても良いが、十分な大
きさのものがない場合には、黒鉛板上にこれらの板を置
き、その上に成形体を置いて焼結しても良い。以上、示
したような本発明の方法によれば、焼結時の部品の形状
くずれが少ない高密度焼結体を製造することができる。
【０００７】
【実施例】以下、実施例について説明する。 実施例１ ＳＵＳ３１６Ｌ組成に調整した平均粒径１３．4 μm の
水アトマイズ粉末を噴霧製造した。この粉末に結合剤を
１０重量％加え、混練して原料コンパウンドを製造し
た。このコンパウンドを射出成形して、図１および図２
に形状を示すリング（外径４０ｍｍ、内径３１ｍｍ、厚
さ３ｍｍ）および円筒カップ（外径３０ｍｍ、内径２６
ｍｍ、高さ３０ｍｍ）を製造した。結合剤の除去は窒素
雰囲気中１０℃／ｈで最高温度６５０℃まで加熱して行
った。その後、Ｃ、Ｏが適正な値であることを確認し
て、焼結を行った。試験片は、厚さ２ｍｍ、６０ｍｍ角
のＡｌＮ板（純度９８％、１２０ｍｍ Ｘ ２５０ｍｍ
Ｘ ４ｍｍ）上においた。このような試験片を載せた
ＡｌＮ板を焼結炉に４０枚挿入して焼結した。一方、同
じ試験片を密度比９０％のアルミナ板（純度９５％、１
２０ｍｍ Ｘ２５０ｍｍ Ｘ ４ｍｍ）上に置いて、上
述と同じように４０枚を挿入して焼結した。この２バッ
チの焼結体について、リングは真円度計で内径の真円度
を測定した。円筒カップは敷板に接触している最下面と
最上面の２面で内径を２方向について測定し、また最下
面の真円度を測定した。さらに各焼結体の密度をアルキ
メデス法で測定し、考えられる不純物の分析を実施し
た。
水アトマイズ粉末を噴霧製造した。この粉末に結合剤を
１０重量％加え、混練して原料コンパウンドを製造し
た。このコンパウンドを射出成形して、図１および図２
に形状を示すリング（外径４０ｍｍ、内径３１ｍｍ、厚
さ３ｍｍ）および円筒カップ（外径３０ｍｍ、内径２６
ｍｍ、高さ３０ｍｍ）を製造した。結合剤の除去は窒素
雰囲気中１０℃／ｈで最高温度６５０℃まで加熱して行
った。その後、Ｃ、Ｏが適正な値であることを確認し
て、焼結を行った。試験片は、厚さ２ｍｍ、６０ｍｍ角
のＡｌＮ板（純度９８％、１２０ｍｍ Ｘ ２５０ｍｍ
Ｘ ４ｍｍ）上においた。このような試験片を載せた
ＡｌＮ板を焼結炉に４０枚挿入して焼結した。一方、同
じ試験片を密度比９０％のアルミナ板（純度９５％、１
２０ｍｍ Ｘ２５０ｍｍ Ｘ ４ｍｍ）上に置いて、上
述と同じように４０枚を挿入して焼結した。この２バッ
チの焼結体について、リングは真円度計で内径の真円度
を測定した。円筒カップは敷板に接触している最下面と
最上面の２面で内径を２方向について測定し、また最下
面の真円度を測定した。さらに各焼結体の密度をアルキ
メデス法で測定し、考えられる不純物の分析を実施し
た。
【０００８】表１に実験結果をまとめて示す。ＡｌＮ板
を使用したものは、アルミナ板を使用したものに比べ
て、リングの真円度が向上している。とくに高い円筒カ
ップ型においても形状の変形が少なく、良好な状態での
焼結が行われたことを示している。焼結密度はともに９
５％以上が達成されており、表２に示すように板からの
不純物も認められなかった。
を使用したものは、アルミナ板を使用したものに比べ
て、リングの真円度が向上している。とくに高い円筒カ
ップ型においても形状の変形が少なく、良好な状態での
焼結が行われたことを示している。焼結密度はともに９
５％以上が達成されており、表２に示すように板からの
不純物も認められなかった。
【０００９】
【表１】
【００１０】
【表２】
【００１１】実施例２ ここでは、アルミナおよびＡｌＮ以外の材質についての
検討を行った。表３に示すＳｉＣ、ＢｅＯ、ＭｇＯ、Ｃ
ａＯ、安定化ＺｒＯ2 、ＢＮ、ムライト（３Al2O32Si
O2）の板を用いた。各板の３００Ｋ、１２００Ｋでの比
熱および熱伝導率を表３に示してある。これらの板を用
いて、実施例１と同じ実験を行った。実験結果を表４、
５に示す。
検討を行った。表３に示すＳｉＣ、ＢｅＯ、ＭｇＯ、Ｃ
ａＯ、安定化ＺｒＯ2 、ＢＮ、ムライト（３Al2O32Si
O2）の板を用いた。各板の３００Ｋ、１２００Ｋでの比
熱および熱伝導率を表３に示してある。これらの板を用
いて、実施例１と同じ実験を行った。実験結果を表４、
５に示す。
【００１２】
【表３】
【００１３】
【表４】
【００１４】表４に示すように、ＳｉＣ、ＢｅＯ、Ｍｇ
Ｏ、を用いたものは、実施例１の結果と比較しても良好
な結果を示している。一方、ＣａＯおよび安定化ＺｒＯ
2 を用いたものはアルミナに比較しても変形が大きい結
果になった。また表５に示すように、ＢＮでは焼結体と
反応して溶融した。ＺｒＯ2 、ムライトを用いたもので
は焼結体中にＳｉが著しく増加し、焼結密度も低くなっ
た。
Ｏ、を用いたものは、実施例１の結果と比較しても良好
な結果を示している。一方、ＣａＯおよび安定化ＺｒＯ
2 を用いたものはアルミナに比較しても変形が大きい結
果になった。また表５に示すように、ＢＮでは焼結体と
反応して溶融した。ＺｒＯ2 、ムライトを用いたもので
は焼結体中にＳｉが著しく増加し、焼結密度も低くなっ
た。
【００１５】
【表５】
【００１６】実施例３ ここでは、使用する粉末粒径の影響を示す。ＳＵＳ３１
６Ｌ組成に調整し、平均粒径がそれぞれ２．３、５．
６、８．９、１３．４、１９．５、２２．８μmの粉末
を水アトマイズによって噴霧製造した。この粉末を用い
て実施例１と同じようにしてリングおよび円筒カップを
射出成形によって製造し、脱脂を同じ要領で行った。そ
の後、敷板を実施例１と同じＡｌＮとアルミナ板を用い
て焼結を行った。実験結果を表６に示す。粉末粒径が
２．３、５．６、８．９、１３．４μm のものは焼結密
度が９５％以上が得られており、形状の変形について
は、いずれもＡｌＮのものが良好な結果を示した。しか
し、粒径が１９．５、２２．８μm の２つについては、
密度が低く、敷板の違いによる効果も小さくなってい
る。
６Ｌ組成に調整し、平均粒径がそれぞれ２．３、５．
６、８．９、１３．４、１９．５、２２．８μmの粉末
を水アトマイズによって噴霧製造した。この粉末を用い
て実施例１と同じようにしてリングおよび円筒カップを
射出成形によって製造し、脱脂を同じ要領で行った。そ
の後、敷板を実施例１と同じＡｌＮとアルミナ板を用い
て焼結を行った。実験結果を表６に示す。粉末粒径が
２．３、５．６、８．９、１３．４μm のものは焼結密
度が９５％以上が得られており、形状の変形について
は、いずれもＡｌＮのものが良好な結果を示した。しか
し、粒径が１９．５、２２．８μm の２つについては、
密度が低く、敷板の違いによる効果も小さくなってい
る。
【００１７】
【表６】
【００１８】実施例４ ここでは、黒鉛板を用いた場合の効果について示す。Ｓ
ｉＣ、ＡｌＮ、ＢｅＯ、ＭｇＯで製造された５０ｍｍ
Ｘ ５０ｍｍで厚さ１．５ｍｍの薄板を用いた。試験片
は実施例１と同じようにして成形し、脱脂を行った。こ
の試験片を上述の薄板上に載せて、この板を１７５ｍｍ
Ｘ １２４ｍｍ、厚さ４ｍｍの黒鉛板上において、焼
結を行った。焼結条件は実施例１と同じである。実験結
果を表７に示す。いずれの板を用いても形状変化の少な
い良好な焼結体が得られた。
ｉＣ、ＡｌＮ、ＢｅＯ、ＭｇＯで製造された５０ｍｍ
Ｘ ５０ｍｍで厚さ１．５ｍｍの薄板を用いた。試験片
は実施例１と同じようにして成形し、脱脂を行った。こ
の試験片を上述の薄板上に載せて、この板を１７５ｍｍ
Ｘ １２４ｍｍ、厚さ４ｍｍの黒鉛板上において、焼
結を行った。焼結条件は実施例１と同じである。実験結
果を表７に示す。いずれの板を用いても形状変化の少な
い良好な焼結体が得られた。
【００１９】
【表７】
【００２０】
【発明の効果】以上示したように、本発明によれば、焼
結時の形状変形を抑制して高密度焼結体を得ることがで
きるため、粉末冶金で焼結部品を製造することにおいて
有用性が高い。
結時の形状変形を抑制して高密度焼結体を得ることがで
きるため、粉末冶金で焼結部品を製造することにおいて
有用性が高い。
【図１】リング試験片の形状を示す平面図である。
【図２】円筒カップ試験片の形状を示す断面図である。
Claims (2)
- 【請求項１】 平均粒径１〜１８μm の鉄系金属粉末に
結合剤を添加混合して成形し、該成形体中の結合剤を除
去した後、温度３００Ｋにおける熱伝導率が４０Ｗ／ｍ
・Ｋ以上で、かつ温度１２００Ｋにおける熱伝導率が７
Ｗ／ｍ・Ｋ以上、かつ温度１２００Ｋにおける比熱が
１．０ｋＪ／ｋｇ・Ｋ以上であるセラミック板上に該成
形体を置いて焼結することを特徴とする焼結時形状変形
の少ない高密度鉄系金属粉末焼結体の製造方法。 - 【請求項２】 平均粒径１〜１８μm の鉄系金属粉末に
結合剤を添加混合して成形し、該成形体中の結合剤を除
去した後、温度３００Ｋにおける熱伝導率が４０Ｗ／ｍ
・Ｋ以上で、かつ温度１２００Ｋにおける熱伝導率が７
Ｗ／ｍ・Ｋ以上、かつ温度１２００Ｋにおける比熱が
１．０ｋＪ／ｋｇ・Ｋ以上であるセラミック板上に該成
形体を置いて、その板を黒鉛板上に載せて焼結すること
を特徴とする焼結時形状変形の少ない高密度鉄系金属粉
末焼結体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2991192A JPH05195017A (ja) | 1992-01-22 | 1992-01-22 | 焼結時形状変形の少ない高密度鉄系金属粉末焼結体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2991192A JPH05195017A (ja) | 1992-01-22 | 1992-01-22 | 焼結時形状変形の少ない高密度鉄系金属粉末焼結体の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05195017A true JPH05195017A (ja) | 1993-08-03 |
Family
ID=12289178
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2991192A Pending JPH05195017A (ja) | 1992-01-22 | 1992-01-22 | 焼結時形状変形の少ない高密度鉄系金属粉末焼結体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05195017A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015014041A (ja) * | 2013-07-08 | 2015-01-22 | 住友電工焼結合金株式会社 | シンターハードニング方法 |
-
1992
- 1992-01-22 JP JP2991192A patent/JPH05195017A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015014041A (ja) * | 2013-07-08 | 2015-01-22 | 住友電工焼結合金株式会社 | シンターハードニング方法 |
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