(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック粉または金属粉あるいはそれらの複合体である粉体と分散剤とバインダーとなる架橋性化合物とこの架橋性化合物を均一に分散させて流動性を与える非架橋性化合物とを混合して流動性の良好なスラリーとし、そのスラリーに上記架橋性化合物を架橋して硬化する硬化剤を加えて常圧下で型内に流し込むと共に加熱硬化させて所定形状の成形体にした後、この成形体を抽出液体に浸漬して成形体中の非架橋性化合物を抽出除去し、その後、この成形体中の架橋性化合物を加熱脱脂することを特徴とする粉体成形法。
【請求項２】
上記架橋性化合物は、尿素樹脂、メラミン樹脂、マレイン酸樹脂、ウレタン樹脂、フラン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ジアリルフタレート樹脂、エポキシ樹脂、グアナミン樹脂のいずれか単独あるいは２種以上混合したものであることを特徴とする請求項１記載の粉体成形法。
【請求項３】
非架橋性化合物は、イソプロピルアルコール、ジブチルフタレート、ｔ−ブチルアルコール、パラフィンワックス等を単独あるいは２種以上混合したものからなり、上記抽出液体は、その親和性が上記非架橋性化合物に対して、上記架橋性化合物より大きいものであることを特徴とする請求項１記載の粉体成形法。
【請求項４】
上記粉体１００重量％に対して、架橋性化合物を１〜５０重量％、上記非架橋性化合物１重量％以上混合することを特徴とする請求項１記載の粉体成形法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は粉体から機械部品等の成形体を成形するためのセラミック粉又は金属粉あるいはそれらの複合体である粉体成形法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
セラミック粉や金属粉あるいはその複合体である粉体から機械部品等の成形体を成形する従来の成形法としては、加圧成形法（乾式加圧、ラバープレス）、鋳込成形法、ドクターブレード法、可塑成形法（押出、射出）などが知られており、実際に様々な成形体が得られている。このうち、射出成形法は粉体中に熱可塑性樹脂をバインダーとして混合し、この混練物を型内に射出成形した後、この熱可塑性樹脂を脱脂する方法であり、複雑形状品の成形が可能で寸法精度に優れる等の長所を有している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この射出成形法は上述したように複雑形状品の成形が可能で寸法精度にも優れる反面、高分子である熱可塑性樹脂を用いることから成形時の混練物の流動性が悪いため、高圧にて成形を行う必要があり、コスト高となる欠点がある。また、バインダー量を多くする必要があるため、成形後のバインダー類の脱脂に長時間を要したり、特に肉厚品では脱脂時のクラックの発生による歩留まりや信頼性の低下が生じやすいという欠点がある。
【０００４】
そこで、本発明は上記の問題点を有効に解決するために案出されたものであり、その目的は脱脂時間が短く、かつ良好な肉厚成形体を安価に得ることができる新規な粉体成形法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、セラミック粉または金属粉あるいはそれらの複合体である粉体と分散剤とバインダーとなる架橋性化合物とこの架橋性化合物を均一に分散させて流動性を与える非架橋性化合物とを混合して流動性の良好なスラリーとし、そのスラリーに上記架橋性化合物を架橋して硬化する硬化剤を加えて常圧下で型内に流し込むと共に加熱硬化させて所定形状の成形体にした後、この成形体を抽出液体に浸漬して成形体中の非架橋性化合物を抽出除去し、その後、この成形体中の架橋性化合物を加熱脱脂するものである。
【０００６】
本発明に用いる粉体としては特に限定されるものではないが、例えばアルミナ粉、部分安定化ジルコニア粉、窒化ケイ素粉等の比較的化学安定性の高いものが用いられる場合が多い。
【０００７】
また、架橋性化合物としては高分子化することによって粉体周囲に不溶析出すると共に、比較的容易に加熱脱脂されやすいものが適当であり、例えば尿素樹脂、メラミン樹脂、マレイン酸樹脂、ウレタン樹脂、フラン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ジアリルフタレート樹脂、エポキシ樹脂、グアナミン樹脂等が挙げられ、これらいずれか単独あるいは２種以上で混合したものを用いることができる。
【０００８】
一方、非架橋性化合物としては、この架橋性化合物と相溶性があるか、あるいは架橋性化合物を均一に分散させる性質を有するものであり、さらには混練時及び成形時に液体であって抽出除去が可能な程度の分子量のものであれば、常温での状態は液体、固体いずれのものを用いることができる。具体的には、イソプロピルアルコール、ジブチルフタレート、ｔ−ブチルアルコール、パラフィンワックス等が挙げられ、これら非架橋性化合物は単独、あるいは２種以上混合して使用してもかまわない。
【０００９】
また、硬化剤としては上記に挙げた架橋性化合物の種類に応じてキシレンジアミン等のアミン化合物や酸無水物等が適当であり、また、抽出液体としても同様にトルエン、ジオクチルフタレート、メチルエチルケトン等を用いることができ、これらは上記架橋性化合物と非架橋性化合物との親和性を考慮して適宜使い分けることとなる。
【００１０】
上述した架橋性化合物を用いないと、非架橋性化合物の抽出除去の途中で成形体の強度低下が起こり、成形体は割れてしまう可能性が大きい。また、架橋性化合物の加熱脱脂の前に非架橋性化合物の抽出除去を行わないと、非架橋性化合物が固体の時には加熱脱脂の途中で非架橋性化合物の急激な分解蒸発が起こり、成形体が割れてしまう可能性が大きい。また、非架橋性化合物が液体の時には、例えば、非架橋性化合物の除去を揮発乾燥により行った場合、よほど緩慢な乾燥を行わないと成形体が変形したり、割れてしまう可能性が大きい。
【００１１】
また、粉体との混合割合としては、架橋性化合物は粉体の１〜５０重量％、非架橋性化合物は１重量％以上加えることが一応の目安である。架橋性化合物については１重量％未満では非架橋性化合物の抽出除去時の強度が不十分であり、かつ非架橋性化合物が常温で液体である場合には成形体の保形性が不十分となるからである。また、５０重量％を越えると架橋性化合物の加熱脱脂時に再び割れが生じるようになる。非架橋性化合物では、１重量％未満では架橋性化合物の加熱脱脂時における改善はみられない。
【００１２】
【作用】
図１に示すように、本発明は粉体に架橋性化合物と硬化剤及びこれらと相溶性の、あるいはこれらを均一に分散させる非架橋性化合物を液体状態に混合したため、極めて良好な流動性を示すスラリーが得られ、しかも、このスラリーは混練途中で硬化することがないので、常圧（１Ｋｇｆ／ｃｍ2 ）での型注入が可能となる。その結果、樹脂型、ゴム型等の使用が可能となり、低コスト化が達成される。次に、型内に注入された混合物中の架橋性化合物がラジカル重合等により高分子化して相溶性あるいは均一分散性が減少し、粉体への吸着によりその周囲に不溶析出し、約３０分以内に極めて強固な成形体を形成する。この成形体は図２（Ａ）に示すように、粉体の周囲に架橋性化合物が不溶析出し、その間に非架橋性化合物が連なって集まる。そして、このような成形体を、図２（Ｂ）に示すように、非架橋性化合物に対して架橋性化合物より親和性の大きい、例えば非架橋性化合物がイソプロピルアルコール、架橋性化合物がエポキシ樹脂である場合、トルエン等の抽出溶液に浸漬すると、この非架橋性化合物が成形体内から除去され、成形体内には非架橋性化合物が除去した多数の細い通路が形成されることになる。この時、高分子化で不溶析出した架橋性化合物で強度を保持させながら非架橋性化合物の除去を行うため、成形体中にクラックが発生することはない。次に、この架橋性化合物を加熱脱脂した後必要に応じて焼結することになるが、上述したように、この成形体中には非架橋性化合物が除去された多数の細い通路が形成されているため、内部に析出している架橋性化合物がこの通路を通って容易に成形体外へ抜き出される。従って、従来では困難であった肉厚品も容易に得ることができ、しかも脱脂時間も大巾に短縮される。
【００１３】
【実施例】
（実施例１）
先ず、成形粉末としてアルミナ粉末１００ｗｔ％、分散剤１．５ｗｔ％、架橋性化合物としてジアリルフタレートプレポリマー５ｗｔ％、非架橋性化合物としてジブチルフタレート３０ｗｔ％をボールミルに湿式混合しスラリーとした後、架橋触媒（有機過酸化物）を加えて１６０℃の注型用型（１０×１０×１０ｍｍ成型用金属型）に常圧にて注入し、約３０分硬化させた後、型からこの成形体を脱型した。この時、この成形体は非常に強固であり、手で触っても保形性は十分であった。次に、この成形体をジオクチルフタレートからなる抽出液体中に１２時間浸したところ、ジブチルフタレートは略完全に抽出することができた。そして、この成形体を観察したところ、１０×１０×１０ｍｍという肉厚品にも拘らず、成形体には割れや変形反りも生じなかった。その後、この成形体を６００℃まで５〜１５℃／ｍｉｎの速度で昇温させ、脱脂を行ったところ、クラックを発生することなく、成形体中の架橋性化合物を全て除去することができた。そして、さらにこの成形体を通常どうり数ｋｇの低圧下のもとで焼結し、その焼結体の密度を調べたところ、３．９８ｇ／ｃｍ3 であり、従来の成形法と比べても何等遜色ない密度が得られ、しかも割れ、反り、変形等は皆無であった。
【００１４】
（実施例２）
成形粉末として部分安定化ジルコニア粉末１００ｗｔ％、分散剤１．５ｗｔ％、架橋性化合物としてエポキシ樹脂（脂肪族系）７ｗｔ％、非架橋性化合物としてｔ−ブチルアルコール２５ｗｔ％を４０℃に保ちながらディスパーザーにて湿式混合した後、硬化剤としてキシレンジアミン１．５ｗｔ％を加えて７０℃の注型用型に常圧にて注入し、約３０分間硬化したところで常温にて脱型し、この成形体を調べたところ実施例１と同様に非常に強固であり、また保形性も十分であった。そして、この成形体をメチルエチルケトンからなる抽出液体に２４時間浸したところ、ｔ−ブチルアルコールは容易に除去された。その後この成形体を６００℃まで５〜１５℃／ｍｉｎの速度で昇温させ、脱脂を行ったところ、クラックを発生することなく、成形体中の化合物を全て除去することができた。そして、さらにこの成形体を焼結し、その焼結体の密度を調べたところ、６．０４ｇ／ｃｍ3 であり、実施例１と同様に、従来の成形法と比べても何等遜色ない密度が得られ、しかも割れ、反り、変形等は皆無であった。
【００１５】
（比較例１）
非架橋性化合物を用いなかった他は、実施例２と略同様な方法を用いて成形体を形成し、同じ条件で脱脂を行ったところ、成形体内の内部から発生したと思われる割れが生じた。
【００１６】
（比較例２）
窒化ケイ素１００ｗｔ％、分散剤１．５ｗｔ％、不飽和アルキド樹脂＋スチレンモノマー１０ｗｔ％、非架橋性化合物であるパラフィンワックス３０ｗｔ％を６０℃にてビーズミルで湿式混合してスラリーを形成した後、このスラリーに架橋触媒（有機過酸化物を）加えて１３０℃の注型用型に常圧にて注入し、約３０分後硬化したところで、常温にて型から脱型した。この成形体は実施例１と同様に非常に強固であり、手で触っても保形性は十分であった。その後、この成形体中のパラフィンワックスを抽出することなく直ちに加熱脱脂を行ったところ、比較例１と同様に、成形体の内部から発生したと思われる割れが生じた。尚、この硬化体をイソプロピルアルコール中で１２時間浸したところパラフィンワックスは略完全に抽出することが可能であり、しかも１０×１０×１０ｍｍという肉厚品に拘らず成形体には割れは生じなかった。そして、さらに昇温時間５時間、６００℃、保持１時間の条件にて加熱脱脂を行ったが、この成形体には割れは生じず、またその焼結体についても３．２１ｇ／ｃｍ3 と、従来の成形法と比べても何等遜色ない密度が得られ、しかも割れ、反り、変形等の不都合は認めれなかった。
【００１７】
（比較例３）
架橋性化合物であるジアリルフタレートプレポリマの添加量を６０重量％として他は実施例１と同様な方法で成形体を形成し、同じ条件でその成形体の加熱脱脂を行ったところ、成形体内から発生したと思われる割れが生じた。
【００１８】
（比較例４）
非架橋性化合物であるジブチルフタレートの添加量０．５重量％とした他は実施例１と略同様な方法で成形体を形成し、同じ条件で加熱脱脂を行ったところ、成形体内の内部から発生したと思われる割れが生じた。
【００１９】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、良好な流動性をもつスラリーが得られるため常圧（１Ｋｇｆ／ｃｍ2 ）程度の低圧で型注入が可能となり、その結果、樹脂型、ゴム型等の使用が可能となって、低コスト化が達成される。また、脱脂前に非架橋性化合物を抽出することで架橋性化合物の脱脂が容易となって脱脂時間が短くなり、かつクラックの発生が防止される。従って、従来では困難であった肉厚品も容易に、かつ安価に得ることができる等といった優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の成形法の一実施例を示すチャート図である。
【図２】（Ａ）は本発明に係る成形体の構造を示す概念図、（Ｂ）は非架橋性化合物の抽出状態を示す概念図である。
【図１】
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【図２】
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