(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも窒化アルミニウムを１重量％以上含む粉粒状の原材料に液体を混合して混合体とし、前記混合体を所定形状に成形する方法において、
前記液体は、水乃至アルコールを主成分とし、粉粒状の原材料と発熱反応を起こす液体添加剤であり、
前記原材料または前記液体添加剤と反応して前記原材料を被覆することで前記発熱反応を臨界点まで抑制する制御剤として、ポリアンモニウムカーボネート、トリイソデシルアルコール、ビニルブチラール、ステアリン酸アミン、カルバミン酸エステル、アルギン酸アンモニウム、水溶性フェノール樹脂、ポリビニルアセタール、ポリ酢酸ビニルから選ばれる少なくとも１種類以上のものを選定するとともに、該制御剤の合計添加量が前記粉粒体１００ｇに対して０．１ｇ〜８ｇとなる割合で前記混合体に加え、
前記混合体中の液分を徐々に排出し、規定量以下に到達したときに前記制御剤による前記被覆の度合いが低減することに伴って前記発熱反応を生ぜしめて前記混合体を所定形状に成形することを特徴とする粉粒体の成形方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、
前記混合体の成形は、静水圧加圧により金型内で行われ、
前記液分の排出は、前記混合体の静水圧加圧時に金型内から徐々に排出することにより行われることを特徴とする粉粒体の成形方法。
【請求項３】
請求項１記載の方法において、
前記混合体の成形は、金型内で行われ、
前記液分の排出は、前記混合体を空気に晒すことにより行われることを特徴とする粉粒体の成形方法。
【請求項４】
請求項１乃至３記載の方法において、
前記粉粒状の原材料は、セラミックス、金属あるいはこれらの複合粉粒体であることを特徴とする粉粒体の成形方法。
【請求項５】
請求項１乃至４記載の方法において、
前記粉粒体の平均粒子径が１０μｍ以下であることを特徴とする粉粒体の成形方法。
【請求項６】
請求項１乃至５記載の方法において、
前記アルコールとして、メタノール、エタノール又はこれらの混合物を使用することを特徴とする粉粒体の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉粒体の成形方法に関し、特に粉粒状の原材料を化学的に結合させて粒子の充填密度の高い成形品を得るための粉粒体の成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、粉粒体状の原材料を加圧成形する成形体の製造方法では、例えば、静水圧加圧を用いた成形方法がある。本発明者等は、特開平４−２１１９０４号公報によってこの種の静水加圧成形方法を既に提案している。これは、粉粒体状の原材料に液体を添加してなる混合物を、一軸加圧成形することにより過剰の液体を除去して予備成形体を成形する方法である。
【０００３】
上記の静水圧加圧による成形方法では、予備成形体の粒子の充填状況を考察すると、分子間力による粒子相互の結合が点でなされていることが確認されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は粉粒体の成形方法に関してなされたものであって、予備成形体中の粒子相互の結合を強めることにより、強度に優れた予備成形体を得ることが可能であるとともに、成形性に優れた粉粒体の成形方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、少なくとも窒化アルミニウムを１重量％以上含む粉粒状の原材料に液体を混合して混合体とし、前記混合体を所定形状に成形する方法において、
前記液体は、水乃至アルコールを主成分とし、粉粒状の原材料と発熱反応を起こす液体添加剤であり、
前記原材料または前記液体添加剤と反応して前記原材料を被覆することで前記発熱反応を臨界点まで抑制する制御剤として、ポリアンモニウムカーボネート、トリイソデシルアルコール、ビニルブチラール、ステアリン酸アミン、カルバミン酸エステル、アルギン酸アンモニウム、水溶性フェノール樹脂、ポリビニルアセタール、ポリ酢酸ビニルから選ばれる少なくとも１種類以上のものを選定するとともに、該制御剤の合計添加量が前記粉粒体１００ｇに対して０．１ｇ〜８ｇとなる割合で前記混合体に加え、
前記混合体中の液分を徐々に排出し、規定量以下に到達したときに前記制御剤による前記被覆の度合いが低減することに伴って前記発熱反応を生ぜしめて前記混合体を所定形状に成形することを特徴とする。
【０００６】
この方法によれば、前記発熱反応が成形工程の最初のうちは抑制され、所望のタイミングで当該発熱反応を起こすことができる。この発熱反応の熱が原材料の粒子を相互に融着し、一体化されて予備成形体の強度が増加する。
【０００７】
また、本発明は、混合体の成形が、静水圧加圧により金型内で行われ、液分の排出は、混合体の静水圧加圧時に金型内から徐々に排出することを特徴とする。
【０００８】
このようにすれば、加圧と発熱反応のタイミングを一致させることが可能であり好適である。また、加圧および発熱作用で原材料の粒子が適度に分散することにより充填率が向上する。
【０００９】
さらに、本発明は、前記混合体の成形が、金型内で行われ、前記液分の排出は、前記混合体を空気に晒すことにより行われることを特徴とする。
【００１０】
この方法によれば、原材料の粒子が前記発熱反応の結果生じた反応生成物のガス体を纏うことにより高流動性が得られる。従って、静置しておいても前記粒子は前記金型内を満たし、所望の形状を備えた予備成形体を得ることができる。また、更なる発熱反応により前記ガス体が消失した後、原材料の粒子が相互に融着すれば、予備成形体の強度が増加する。
【００１１】
ここで、前記発熱反応を臨界点まで抑制する制御剤を混合体に加えることにより、所望のタイミング前に発熱反応が活発に生じてしまうことを効果的に防ぐことができる。
【００１２】
またさらに、本発明では、静水圧加圧の工程が終了後、予備成形体を焼結させる。
【００１３】
予備成形体が静水圧加圧により開気孔を保っているため、焼結しても内部に閉気孔が残らず、成形体の密度が高くなり、結局、当該成形体が強度に優れることになるからである。
【００１４】
なお、本発明は、前記粉粒体がセラミックス、金属あるいはこれらの混合体であることを特徴とする。
【００１５】
これによって、粉粒体の加圧成形に最も馴染ませることができるからである。
【００１６】
さらに、本発明においては、前記粉粒状の原材料は、少なくとも窒化アルミニウムを１重量％以上含み、前記液体添加剤が水乃至水酸基を主成分とし、前記制御剤がポリアンモニウムカーボネート、トリイソデシルアルコール、ビニルブチラール、ステアリン酸アミン、カルバミン酸エステル、アルギン酸アンモニウム、水溶性フェノール樹脂、ポリビニルアセタール、ポリ酢酸ビニルから選ばれる少なくとも１種類以上のものであり、該制御剤の添加量の合計が前記粉粒体１００ｇに対して０．１ｇ〜８ｇである。
【００１７】
これによれば、前記粉粒体と液体添加剤を容易に準備可能である。また、前記発熱反応を制御可能にする。
【００１８】
さらにまた、本発明は、前記粉粒体の平均粒子径が１０μｍ以下であることを特徴とする。
【００１９】
これによって、前記粉粒体と液体添加剤間の発熱反応を連鎖的に生じさせ、全体に均質な反応とすることが可能である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
成形体強度および成形性に優れた粉粒体成形のため、バインダー等の添加剤の量を増加させずに、その強度を飛躍的に向上させる方法を検討した。その結果、原材料の粉末の反応性に着目し、直接粒子同士を結合させることを実現した。この際、粉粒体からなる成形体の充填性を向上させるために、金型内静水圧加圧成形法を用いた。
【００２１】
まず、液体により金型内で静水圧加圧状態を形成させるとともに、この液体が金型の隙間から排出され、原材料の粒子の一部が直接接触した際に、前記液体と粒子が反応して粒子密度を上げることを検討した。
【００２２】
そこで、液体と粒子が反応する系をまず選択した。この組み合わせを表１に示す。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
表１における組み合わせは、比較的取り扱いが簡単にでき、入手しやすいものを選択したが、反応して発熱する液体と粉粒体の組み合わせは他にも多数ある。
【００２５】
例えば、メチルアミン、ホルムアミド、トリメチルアミンなどが挙げられる。これらの液体は粉末と徐々に反応して水和したり、アンモニアを発生させる。ところがこれらの液体では反応が緩慢になり、粉粒体の粒子がその接点において相互拡散する迄には至らない。
【００２６】
そこで、この反応を臨界点までは抑制し、該臨界点を越えると急激に反応させるような制御剤を添加する。図１Ａで示される粉粒体の粒子２は、液体添加剤の液分が過剰にある場合を示す。ここでは、反応が生じても熱量が当該液体により発散してしまうため、激しい反応とはならない。逆に、図１Ｂの粉粒体の粒子２は液体添加剤の液分が過小の場合を示す。制御剤と粒子２が反応し、反応生成物４が生じるが、前記反応生成物４が前記粒子２を覆う膜体を形成するまでには至らない。図１Ｃは、前記液体添加剤が臨界量存在する場合を示し、この場合、粉粒体の粒子２あるいは液体と制御剤とが反応し膜体６を生成する。図１Ｃでは、膜体６のみ断面が示されている。膜体６を生成させる作用のあるものは、従来のバインダーや分散剤として一般的に用いられてきたもので代用が可能である。
【００２７】
これにより、液体が大量に存在する混合過程などでは、その液体が過剰であるために反応の進行は極めて緩慢であるか、またはほぼ停止した状態である。液体がその量を減じると、粉粒体の粒子２あるいは液体と制御剤とが反応し膜体６を形成する。その後、特定の臨界点を越えると、膜体６が減少し始め、発熱反応は急激に進行することとなる。これは、反応の開始点が小さく、反応を持続させるためには熱的な作用が不可欠であることから、自己燃焼反応と類似している。つまり、反応が生じ始めると発熱し、この熱によってさらに反応が加速される。
【００２８】
この反応の速さや進行の度合いは、液体の量、温度により、また生成反応物がガスの場合にはその分圧により制御される。前記膜体６は、この液体の量をある値近傍に長時間保持するためにも必要であり、貯蔵や輸送時にはなくてはならないものであるとともに、成形時金型内で静水圧加圧を利用する場合に必要不可欠である。
【００２９】
つまり、金型内に配置されるまでは一定の液分を保持し、加圧により静水圧状態となるとともに、過剰な液分が金型の間隙から排出され、粒子同士が接触することになる。また、液分が臨界点以下になると、反応が急激に進行するようになる。この時の発熱量は、原材料の粉粒体と液体の組み合わせにより異なるが、前記表１に示される系では、その粒子同士の接触点が融着するほどの値となる。
【００３０】
また、加圧せずに膜体６を形成させた後、換気等により液分を蒸発させ臨界点以下にすると、発生する熱により、粒子粉末はその粒子周囲があたかも反応生成物のガス体で覆われた状態となり、高流動性となる。この時の前記粒子粉末の挙動は、超流動体に近くなり、静置しておいても金型に添い、形状が得られる状態となる。
【００３１】
従って、これまで至難であった超薄ものの成形体の均質性が向上し、欠陥のない均質な成形体が得られる。さらに、反応熱により粒子同士が接触していれば相互拡散も生じる。
【００３２】
原料の粉粒体の表面は本実施の形態では、液体と反応し、その形態がもとの原材料に比べて異なる。このため、焼結には優位ではあるが、この状態を見込んでカーボン粉末を添加し、焼結雰囲気を形成する窒素を利用して再窒化する必要性や、若干の水素を導入する必要性が生じる。
【００３３】
以上の要件を満たす制御剤、すなわち保護膜形成剤は、ポリアンモニウムカーボネート、トリイソデシルアルコール、ビニルブチラール、ステアリン酸アミン、カルバミン酸エステル、アルギン酸アンモニウム、水溶性フェノール樹脂、ポリビニルアセタール、ポリ酢酸ビニルから選ばれる少なくとも１種類以上のものであり、該制御剤の添加量の合計が前記粉粒体１００ｇに対して０．１ｇ〜８ｇであることが望ましい。
【００３４】
０．１ｇ未満の添加量では、膜体６を形成するための量が十分でなく、発熱反応が活発化する前に液体添加剤の液分が系外に蒸発し消滅してしまう。結局、発熱反応を制御することができず、得られる成形体の均質度が低下し、成形時の歩留まりが低下する。
【００３５】
また、８ｇを越える添加量であると、生成される膜体６が過剰となり、発熱反応がほとんど生じないことが発明者により確認されている。
【００３６】
ここで、発熱反応について考察すると、混合体内で分散している個所で多数の反応開始点が構成されることが必要となる。なぜなら、反応開始点がある特定点に集中する場合には、発熱に伴う焼結作用が局所的に進行し、粒子再配列時に不均一部が生じる。この成形体を焼結すると変形、クラック等が生じる。
【００３７】
上記理由より、原材料の粉粒体および液体からなる混合体の粒子の径は、１０μｍ以下が望ましいことが発明者により確認されている。これを越えると、発熱反応が連鎖反応的に生じることがなく、該反応の均質度も低くなる。
【００３８】
また、前記混合体の粒子径がサブミクロン以下の大きさになると、取り扱いが困難になるとともに、液体添加剤と反応して酸化あるいは水和する。これにより当初の物質あるいは所望の物質と異なったものとなる懸念が生ずる。反対に、サブミクロン以上であれば、液体と発熱反応が生じたとしても、カーボンの添加、焼結雰囲気の利用等により、所望の成分を持つ焼結体が得られる。
【００３９】
以上のような知見に立脚して本発明に係る粉粒体の成形方法について、好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００４０】
図２において、参照符号１０は、第１の実施の形態に係る粉粒体成形装置を示す。この粉粒体成形装置１０は、基本的には、下部パンチ１２および上部パンチ１４が摺動自在に嵌合する型空間１６を有する外枠型１８からなる。また、前記下部パンチ１２および上部パンチ１４と外枠型１８の間にわずかな隙間２０を有する。混合体２２は、原材料をセラミックスあるいは金属の粉末とする粉粒体と、水あるいはアルコール等からなる液体添加剤と、制御剤を混合させたものを使用する。前記液体添加剤は、原材料の物質と発熱反応を起こすものである。また、前記制御剤は、液体添加剤が排出されずに豊富に存在する場合は機能しないが、粉粒体の粒子２を図１Ｃに示すように膜体６で保護し、前記液体添加剤と粉粒体との間に前記発熱作用が起こることを抑制する。但し、前記膜体６は、前記液体添加剤の液分が臨界量にある時に存在しているが、液分が前記臨界量より減少するに伴い、減じるという性質を持つことが発明者により確認されている。
【００４１】
本実施の形態に係る粉粒体成形装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。
【００４２】
まず、前記粉粒体、液体添加剤、制御剤を混合し混合体２２をつくる。
【００４３】
前記制御剤は、ポリアンモニウムカーボネート、トリイソデシルアルコール、ビニルブチラール、ステアリン酸アミン、カルバミン酸エステル、アルギン酸アンモニウム、水溶性フェノール樹脂、ポリビニルアセタール、ポリ酢酸ビニルから選ばれる少なくとも１種類以上のものである。
【００４４】
また、該制御剤の添加量の合計が前記粉粒体１００ｇに対して０．１ｇ〜８ｇとし、且つ粉粒体の平均粒子径が１０μｍ以下のものを選択した。
【００４５】
続いて、前記混合体を粉粒体成形装置１０の型空間１６に注入し、下部パンチ１２および上部パンチ１４を変位させて静水圧加圧成形する。前記下部パンチ１２および上部パンチ１４間で混合体２２が加圧されるに従い、当該混合体２２中の液分が前記下部パンチ１２および上部パンチ１４と外枠型１８の間に存在するわずかな隙間２０から排出される。
【００４６】
ここで、前記制御剤は液分が周囲から減少するにつれ、粉粒体の粒子２を覆っていた膜体６を減じさせる。すると、粉粒体と液体添加剤の粒子が直接接触し発熱反応が活発化する。前記発熱反応は周囲の温度を上昇させ、更なる発熱反応を励起させる。当該発熱反応で生じた熱は、隣接する粉粒体の粒子同士を融着させる。その後、下部および上部パンチ１２、１４を開き、予備成形体を得る。当該予備成形体は、静水圧加圧で得られる効果によりその内部が均質性に優れた構造となっている。加えて、粒子同士の融着により充填密度が高まり、強度に優れた予備成形体を得ることができる。
【００４７】
また、図３に第２の実施の形態に係る粉粒体成形装置２４を示す。この粉粒体成形装置２４は、基本的には、型空間２６を有する金型２８からなる。
【００４８】
次にその動作並びに作用効果について説明する。
【００４９】
本実施の形態の特徴は、液体添加剤の液分の除去を、加圧することではなく空気に晒すことにより行うことにある。粉粒体、液体添加剤、制御剤からなる混合体３０は第１の実施の形態で用いたものと同一のものを使用する。
【００５０】
前記混合体３０の液分を換気等により蒸発させ、粉粒体と液体添加剤間の発熱反応の臨界点以下にする。その際、発生する熱により前記膜体６は反応生成物のガス体で覆われた状態となり、高流動性となる。この時の前記粒子粉末の挙動は、超流動体に近くなり、静置しておいても金型２８の型空間２６に沿って拡がり、該型空間２６の形状が得られる。
【００５１】
従って、これまで困難であった超薄ものの成形体を成形でき、しかもその均質性が向上することにより欠陥のない均質な成形体が得られる。さらに、反応熱により粒子同士が接触していれば相互拡散も生じる。
【００５２】
【実施例】
〔実施例１〕
平均粒径１．５μｍの窒化アルミニウム粉末９７重量％と、平均粒径０．８μｍの酸化イットリウム２重量％と、平均粒径１．０μｍの酸化第２セリウム１重量％とを混合させた粉末１００重量部に、水３２重量部と、ポリアンモニウムカーボネートと、カルバミン酸アンモニウムエステルと、アルギン酸アンモニウムと、ステアリン酸アミンと、水溶性フェノール樹脂と、ビニルブチラールとをそれぞれ、０．３、０．４、０．２、０．０３、０．２、０．０２重量部加え、ボールミルにて４時間混合後、トリイソデシルアルコールを０．０１重量部加え、１０分間再度混合した。
【００５３】
さらに、混合後、液分を１３重量部に調製して解砕し、６０メッシュパスのプレス粉末を得た。この粉末の一部を自然放置し、液分の減少と、発熱が連続的に起こるときの液分量を測定した。粉末は温度計が挿入されているガラス製ビーカ内で実験された。
【００５４】
一方、粉末１００重量部に水を３０重量部加えただけの粉末についても同様な実験をした。これらの結果を図４に示す。
【００５５】
液分量の減少に伴い、水を添加しただけの粉末でもビーカ内の温度上昇は見られる。しかし、制御剤を加えたものに比べその温度上昇の具合が明らかに異なっている。
【００５６】
また、図４のＰ点を超えると、急激なアンモニアの発生を見た。これにより反応性の確認は行えるものの、原材料の粒子表面が酸化され、窒化アルミニウムとは異なった組成物となる可能性が高くなった。したがって、あらかじめその分解量の測定を行うとともに、カーボン等を添加しておき、その分解速度を制御し、焼成時、雰囲気ガスとして窒素を利用し再窒化することが望まれる。本実験例の組成物では、ビーカー温度が３５０℃以上になった。
【００５７】
また、添加剤の種類や量を図４に示すように変えると、図４のＰ点の位置をＰ1 、Ｐ2 の如く変えることができる。ポリアンモニウムカーボネート０．３％と、ビニルブチラール０．５％とを用いると、Ｐ点はＰ1 点に変位した。また、添加剤として水だけの場合、Ｐ点はＰ2 点へ変位した
さらに、この混合体を用い、７２×７２ｍｍの大きさで厚さ０．３、０．８、３０ｍｍの加圧成形を行いその歩留まりを求めた。この際、従来の造粒粉による比較も行ったが、それぞれ１０、２０、１０個の試作において完全な形で得られたものは一つもなく、欠け、割れ、ラミネーション、密度不良等が生じた。
【００５８】
制御剤を加えない水だけのものでは同様な成形における歩留まりはそれぞれ試作品が１０、２０、１０個のうち０、５、３個であった。これに対し、本実施例の仕様では、歩留まりはすべて１００％であった。液分量は、プレス開始時１２重量％であったが、プレス後は略０％であった。通常の金型内静水圧成形におけるプレス後の成形体の液分量は５〜７％程度であるのに対し、その減少の度合いが大きい。
【００５９】
これは、一定量以下になると、自己発熱反応が連鎖的に起こり、液分を消費するとともに温度が上昇し、液分の蒸発を伴うことが発明者により確認されている。そのため、液分がほとんど０％になったのである。また、以上のプレス加圧力は１２０ＭＰａで行った。
【００６０】
薄板状の成形体を成形する場合、プレスパンチおよび金型の熱容量が大きいため、金型の温度上昇は表面部のみであり、ハンドリングについて心配はない。しかしながら、３０ｍｍ厚さの成形のような比較的厚いものの成形では、自己発熱により、ホットプレスと似た現象が生じる。成形にとっては好都合であるが、発熱量が大きいため、添加剤の種類あるいはプレス圧力の大きさによっては、パンチの温度上昇が問題となり、ハンドリング時に注意を要する。
【００６１】
得られた成形体の抗折試験を行うと、従来からの一般的な粉末成形体の坑折強度である０．５〜０．８ＭＰａに対し、１８〜３０ＭＰａと従来の成形体の２０〜６０倍の強度に達した。
【００６２】
さらにこれらの成形体を電子顕微鏡で観察すると、明らかに粒子同士が一部融着した部分が見られ、従来の成形時に見られる凝集粒子という形態から大きく異なっていることが発明者により確認されている。
【００６３】
粒子の焼結開始温度は窒化アルミニウムの場合、約１５００℃、アルミナが表面にある場合でも１２００℃以上と考えられることからすると、非常に低い温度で焼結していることが推認される。しかし、実際に反応が生じている部分は微細なミクロ領域であるにも関わらず、ビーカー内の温度が３５０℃以上にもなったことに鑑みると、その反応部の温度は観察結果以上に高いと考えられる。
【００６４】
また、成形密度は、従来法では一般的に４８〜５４％程度であったが、本発明の実施の形態に係る方法では６２〜６５％（プレス圧１０ＯＭＰａ）、６６〜６８％（プレス圧１２０ＭＰａ）、７１〜７２％（プレス圧１５０ＭＰａ）と非常に高く、金属粉末の成形にせまるものであった。
【００６５】
このように、セラミックス粉末では不可能であった塑性成形が常温で行えるようになった。
〔実施例２〕
セラミックスを主成分とする複合材に本願の実施の形態に係る方法を適用した場合を示す。平均粒径２．５μｍの炭化タングステン粉末を８０ｗｔ％と、平均粒径０．６μｍの炭化タングステン粉末を１２ｗｔ％と、平均粒径１．０μｍの金属コバルト粉末７ｗｔ％と、平均粒径１．５μｍの金属ジルコニウム粉末ｌｗｔ％と、平均粒径０．３μｍのカーボンブラック０．３ｗｔ％とを混合させた粉粒体を基本構成とした。このうち平均粒径２．５μｍの炭化タングステンの一部を他の粉末で置き換え、実施例１と同様の実験を行うとともに、実際に成形体を構成し、焼結してその物性変化を見た。
【００６６】
まず、炭化タングステンの一部を平均粒径１．２μｍの窒化アルミニウムと置換し、基本組成で成形された予備成形体の物性に劣らないための適正量を見極める目的で、窒化アルミニウムの量を０．３〜１０ｗｔ％まで変化させ実験を行った。
【００６７】
次に、窒化アルミニウムの代わりに、Ｓｍ−Ｃｏ（サマリウム−コバルト、モル組成比２：１７）粉を加え、同様の実験を行った。この場合は炭化タングステンのみと置換しただけではＣｏ量が増加してしまうため、算出してＣｏ量に変化がないように配慮した。この他、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｔｉ（チタン）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｖ（バナジウム）、Ｍｏ（モリブデン）で置換したものでも行った。液体添加剤としては水、エタノール双方でその違いを見ることとした。
【００６８】
混合時間はボールミル混合で４時間、その後、粉末１００ｇをビーカーにとり、液分量と温度の変化を観測するとともに、加圧力１２０ＭＰａで加圧成形し、その加圧成形体の成形密度を測定した。さらに前記加圧成形体を、１３８０℃で９０分間、窒素中で燐結し、密度、硬度、抗折強度の測定を行った。但し、密度は相対密度である。以上の結果を図５および図６Ａ、６Ｂに示す。
【００６９】
まず窒化アルミニウムを基本組成に添加したものでは、０．８％から１．０％にその量が増えると明らかに温度が上昇し、その上昇の割合が大きい（図５）。したがって、反応が連鎖的に生じる最低量として１．０％の窒化アルミニウム量が必要である。
【００７０】
また、水とエタノールでは、前者の方が比熱が大きい割には温度の到達点が高く、大きな反応熱が発生していることが図４より読みとれる。したがって系に悪影響がなければ、水の方が望ましいことになる。従来、当該系では、金属コバルトの酸化が物性を劣化するとの観点から、有機溶媒を用いるのが一般的であった。ところが、図５の結果を見る限り、その影響は無視して良いと考えられる。
【００７１】
図６Ａおよび図６Ｂは様々な組成物を置換および添加した場合の液分量と到達温度の関係を示している。最も反応熱が生じたものは窒化アルミニウムだが、他の系についても温度の上昇が認められた。
【００７２】
本発明の骨子は、粒子の一部に相互拡散により形成されるネックを生成する事が第一義であるため、全体反応でなく、ミクロな領域の反応が生じていればよい。
【００７３】
以上のことから、本発明の目的を達成するためには、窒化アルミニウムが少なくとも１％以上添加されることが必要である。また、前記実験で得られた加圧成形体を実際に焼結したときの物性値を表２に示した。
【００７４】
【表２】
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【００７５】
ここで、比較例とは、本実施例２の基本構成によるものである。成形体よりテストピースを切り出し、物性の測定を行った。成形体密度は、比較例ではその相対密度が４８％程度であったが、本発明による方法で成形されたものは、すべてこの値を上まわった。窒化アルミニウム添加量が１．０％以上の本発明の推奨範囲では、１０％近くの効果があった。これにより、焼結時の線収縮率は２３％から１６％程度に減少し、寸法精度の向上も図られることが発明者により確認されている。焼結後の各物性においても、少なくとも本発明の実施の形態による方法で行われた実施例は従来例を上まわっており、とくに本発明の実施の形態による推奨範囲では、物性の改善も大きく、効果のあることが容易に理解される。
【００７６】
【発明の効果】
本発明に係る粉粒体の成形方法によれば、以下のような効果ならびに利点が得られる。
【００７７】
すなわち、予備成形体中の粒子相互の結合を強めることにより、強度に優れた予備成形体を得ることが可能であるとともに、成形性に優れた粉粒体を提供することができる。
【００７８】
さらに、金属とセラミックスの粉末を用いて超耐熱合金を構成する際に本発明の方法を用いると、これまで以上に耐熱性のある合金が得られ、新しい合金組成を生む可能性が高い。
【００７９】
またさらに、従来ロー付等により接合していた部位を本発明の方法により自己発熱反応で融着すると、信頼性、強度、コストの点で優位である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１Ａは、液体添加剤の液分が過剰にある場合の粉粒体の粒子を示す模式図、図１Ｂは、液体添加剤の液分が過小の場合の粉粒体の粒子を示す模式図、図１Ｃは、液体添加剤が臨界量存在する場合の膜体を纏った粉粒体の粒子を示す模式図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る粉粒体成形装置を示す概略縦断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る粉粒体成形装置を示す概略縦断面図である。
【図４】実施例１の結果を示すグラフである。
【図５】実施例２の結果を示すグラフである。
【図６】図６Ａおよび図６Ｂは、実施例２の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
２…粒子                        ４…反応生成物
６…膜体                        １０…粉粒体成形装置
１２…下部パンチ                １４…上部パンチ
１６…型空間                    １８…外枠型
２０…隙間                      ２２…混合体
２４…粉粒体成形装置            ２６…型空間
２８…金型                      ３０…混合体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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