專利名稱：燒結(jié)體的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燒結(jié)體的制造方法。
背景技術(shù)：
燒結(jié)含有金屬粉末的成型體來制造金屬制品時(shí)，作為成型體的制造方法，已知有例如金屬粉末注射成型(MIM :Metal Injection Molding)法，將金屬粉末和有機(jī)粘合劑混合，混煉，使用此混煉物注射成型。由MIM法制造的成型體在脫脂處理(脫粘合劑處理)中，有機(jī)粘合劑被除去后，通過燒結(jié)，形成燒結(jié)體。燒成成型體時(shí)，將脫脂后的成型體配置在燒成爐內(nèi)，在減壓下或惰性氣體存在下進(jìn)行加熱。由此，在金屬粉末的粒子間產(chǎn)生擴(kuò)散現(xiàn)象，由此，成型體緩慢致密化，直至燒結(jié)。然而，脫脂后的成型體一般被裝在叫做“承燒器(setter，承燒板)”的盤狀(板狀)夾具中，按每個(gè)承燒器配置在燒成爐內(nèi)，進(jìn)行燒成。承燒器由莫來石等各種陶瓷材料構(gòu)成，有充分的耐熱性。專利文獻(xiàn)1中公開了由含有莫來石的陶瓷材料構(gòu)成的陶瓷承燒器。但是，如果將上述陶瓷承燒器用于反復(fù)燒成工序，由于陶瓷材質(zhì)缺乏氧，承燒器隨時(shí)間劣化，發(fā)生開裂、變形等不良狀況，這是個(gè)問題。另外，由于陶瓷材質(zhì)缺乏氧，燒結(jié)體的燒結(jié)密度不能充分提高，這也是個(gè)問題。在先技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 特開2002-145672號公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供可防止承燒器的劣化且可以制造燒結(jié)密度高的燒結(jié)體的燒結(jié)體的制造方法。通過下述的本發(fā)明達(dá)到以上目的。本發(fā)明的燒結(jié)體的制造方法的特征在于，具有成型工序，將含有金屬粉末和有機(jī)粘合劑的組合物成型為規(guī)定形狀，獲得成型體；以及燒成工序，使用爐內(nèi)具備含有二氧化硅的夾具的燒成爐，燒成所述成型體，獲得燒結(jié)體，在所述燒成工序中，所述燒成爐的爐內(nèi)氣氛為惰性氣體氣氛，且將爐內(nèi)壓力控制在0. IkPa以上且IOOkPa以下，并且，在所述燒成工序的升溫過程的中途時(shí)機(jī)，使所述爐內(nèi)壓力上升。由此，可以防止承燒器的劣化，且制造燒結(jié)密度高的燒結(jié)體。在本發(fā)明的燒結(jié)體的制造方法中，優(yōu)選地，所述燒成工序中的所述升溫過程的所述中途時(shí)機(jī)被設(shè)定為所述燒成爐的爐內(nèi)溫度是900°C以上且1200°C以下的時(shí)機(jī)。通過這樣能夠防止SiO及Si的揮發(fā)，可以更加確實(shí)防止阻礙基于SiO及Si進(jìn)行的正常的燒結(jié)。
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在本發(fā)明的燒結(jié)體的制造方法中，優(yōu)選地，所述燒成工序中的所述升溫過程中具有將所述爐內(nèi)壓力控制為35kPa以下的第1升溫過程以及將所述爐內(nèi)壓力控制為超過 35kPa的第2升溫過程。由此，可以高度兼顧防止承燒器劣化和提高燒結(jié)體的質(zhì)量。本發(fā)明的燒結(jié)體的制造方法中，優(yōu)選地，在所述燒成工序中，通過邊對所述爐內(nèi)進(jìn)行減壓邊向所述爐內(nèi)導(dǎo)入惰性氣體來調(diào)整所述爐內(nèi)壓力。這樣，爐內(nèi)氣氛時(shí)常交換，可以將從例如成型體(脫脂體)、爐壁脫離的氣體迅速地排出到外部，可以防止成型體(脫脂體)的污染。本發(fā)明的燒結(jié)體的制造方法中，優(yōu)選地，所述惰性氣體氣氛是以氬為主要成分的氣體氣氛。氬在惰性氣體中反應(yīng)性特別低，并且，價(jià)格較便宜，容易得到。另外，與空氣的比重差比較小，因此還有在爐內(nèi)很難不勻的優(yōu)點(diǎn)。因此，可以防止從成型體(脫脂體)釋放的氣體等不在爐內(nèi)擴(kuò)散，存留在成型體(脫脂體)周圍，再次被成型體(脫脂體)吸著。本發(fā)明的燒結(jié)體的制造方法中，優(yōu)選地，所述金屬粉末是不銹鋼粉末，所述燒成工序滿足在最高溫度1000°c以上且1400°C以下進(jìn)行0. 5小時(shí)以上且8小時(shí)以下的燒成條件。由此，可以防止結(jié)晶組織膨大到超過需要。其結(jié)果，就可以獲得具有微小的結(jié)晶組織且機(jī)械特性及化學(xué)特性優(yōu)異的燒結(jié)體。本發(fā)明的燒結(jié)體的制造方法中，優(yōu)選地，在所述燒成工序后，在氧化性氣氛下對所述含有二氧化硅的夾具進(jìn)行加熱處理的工序。由此，S^2的還原被抑制，同時(shí)使沒有被完全抑制而生成的SiO及Si可以再次被氧化，因此可以更加切實(shí)地防止承燒器的劣化。并且，通過在燒成工序中使用實(shí)施了再生處理的承燒器，可以制造出更高質(zhì)量的燒結(jié)體。本發(fā)明的燒結(jié)體的制造方法中，優(yōu)選地，所述加熱處理中的加熱溫度是1200°C以上且1600°C以下。由此，可以不斷防止承燒器的劣化，可靠地使SiO及Si被氧化。本發(fā)明的燒結(jié)體的制造方法中，優(yōu)選地，所述加熱處理在加壓后的氣氛中進(jìn)行。由此，可以更加可靠地防止加熱中的SiO及Si的揮發(fā)，并使SiO及Si被氧化。


圖1是示出在間歇式燒成爐(batch-type baking furnace)內(nèi)配置了裝載于承燒器的脫脂體的狀態(tài)的立體圖。圖2是示出在燒成工序中爐內(nèi)溫度隨時(shí)間變化的例子及爐內(nèi)壓力隨時(shí)間變化的例子的圖表。
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖，針對本發(fā)明的燒結(jié)體的制造方法的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明的燒結(jié)體的制造方法包括配制含有金屬粉末和有機(jī)粘合劑的組合物的組合物配制工序；將組合物成型成規(guī)定形狀，獲得成型體的成型工序；從成型體中除去有機(jī)粘合劑，獲得脫脂體的脫脂工序；使用爐內(nèi)具有含SiO2(二氧化硅)的承燒器(夾具)的燒
4成爐，燒成脫脂體(成型體)，獲得燒結(jié)體的燒成工序。并且，燒結(jié)體制造方法的特征是，在燒成工序中，燒成爐的爐內(nèi)氣氛為惰性氣體， 且爐內(nèi)壓力設(shè)定為0. IkPa以上且IOOkPa以下，并且，在燒成工序的升溫過程中，中途進(jìn)行調(diào)整，以升高爐內(nèi)壓力。通過這樣的方法可以防止承燒器內(nèi)的S^2的還原，因此可以防止脫脂體(成型體)的污染。其結(jié)果，能夠制造出燒結(jié)密度高的燒結(jié)體。以下，針對本發(fā)明的燒結(jié)體的制造方法，依次說明各工序。1、組合物配制工序首先，準(zhǔn)備金屬粉末和有機(jī)粘合劑，將其用混煉機(jī)混煉，獲得混煉物(組合物)。在該混煉物(compound，混合物)中，金屬粉末均勻分散。另外，金屬粉末和有機(jī)粘合劑優(yōu)選使用相互不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)。作為構(gòu)成金屬粉末的金屬材料，例如可以列舉為，Mg、Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、 Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Pd、Ag、In、Sn、Sn、Ta、W 或它們的合金。作為合金，例如，可以列舉為，不銹鋼、模具鋼、高速工具鋼、低碳鋼、波明德合金 (Permendur) ,Fe-Ni合金、Fe-Ni-Co合金等各種!^e類合金、各種Ni類合金、各種Cr類合金寸。另外，作為不銹鋼，例如，可以列舉為，SUS304、SUS316、SUS317、SUS329、SUS410、 SUS430、SUS440、SUS630 等。而且，也可以混合使用組成不同的2種以上的金屬粉末。由此，可以制造具有通過現(xiàn)有鑄造不能制造的合金組成的燒結(jié)體。另外，能夠容易地制造具有新功能、多功能的燒結(jié)體，可以謀求擴(kuò)大燒結(jié)體的功能及用途。金屬粉末的平均粒徑?jīng)]有特別限制，優(yōu)選是3μπι以上且30μπι以下左右，更加優(yōu)選是5 μ m以上且20 μ m以下左右。金屬粉末的平均粒徑是上述范圍內(nèi)的值，則混煉物的流動(dòng)性高，可以獲得具有良好成型性(易成型)的混煉物。其結(jié)果，在成型工序中，成型體的密度提高，最終可以獲得機(jī)械特性及尺寸精度優(yōu)異的燒結(jié)體。另外，平均粒徑比上述下限值小的金屬粉末很難制造。而且，如果金屬粉末的平均粒徑超過上述上限值，則有可能燒結(jié)體的結(jié)晶組織變大，燒結(jié)體的機(jī)械特性下降。作為這樣的金屬粉末，例如，可以使用通過霧化法(例如，水霧化法、氣體霧化法、 高速旋轉(zhuǎn)水流霧化法等)、還原法、羰基法、粉碎法制造的粉末。其中，優(yōu)選使用通過霧化法制造的粉末。通過霧化法，可以高效地制造極微小的金屬粉末。因此，通過將該金屬粉末用作原料粉末，可以切實(shí)地獲得擁有微細(xì)結(jié)晶組織、機(jī)械強(qiáng)度優(yōu)異的燒結(jié)體。另外，用霧化法制造的金屬粉末形成為接近真球的球形狀，因此分散性、流動(dòng)性優(yōu)異，在成型時(shí)將混煉物填充到成型模中時(shí)，可以提高其填充性。因此，在成型工序中，容易形成復(fù)雜的、微細(xì)形狀的成型體。作為有機(jī)粘合劑，可以列舉聚乙烯、聚丙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物等聚烯烴、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸丁酯等丙烯酸類樹脂、聚苯乙烯等苯乙烯類樹脂、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚酰胺、聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯等聚酯、聚醚、聚乙烯醇或它們的共聚物等各種樹脂、各種蠟、石蠟、高級脂肪酸(例硬脂酸)、高級醇、高級脂肪酸酯、高級脂肪酸酰胺等，可以使用其中1種或兩種以上混合使用。
這其中，作為有機(jī)粘合劑，優(yōu)選以聚烯烴為主要成分。聚烯烴因還原性氣體的分解性比較高。因此，以聚烯烴為有機(jī)粘合劑的主要成分使用時(shí)，可以在更短時(shí)間內(nèi)切實(shí)地進(jìn)行成型體的脫脂。另外，有機(jī)粘合劑的含量優(yōu)選是混煉物整體的2重量％ (按重量計(jì)為2% )以上且20重量％以下左右，更加優(yōu)選5重量％以上且10重量％以下左右。有機(jī)粘合劑的含有率在所述范圍內(nèi)，從而可以形成成型性良好的成型體，并且，可以提高密度，并使成型體的形狀的安定性等特別優(yōu)異。另外，基于此，可以縮小成型體和脫脂體的大小之間的差，也就是收縮率。其結(jié)果，可以提高脫脂體及燒結(jié)體的尺寸精度。另外，混煉物中也可以添加增塑劑。作為該增塑劑，例如，可以列舉為，酞酸酯 (例D0P、DEP、DBP)、己二酸酯、偏苯三酸酯、癸二酸酯等，可以使用其中1種或2種以上混
合使用。更進(jìn)一步，在混煉物中，除金屬粉末、有機(jī)粘合劑、增塑劑以外，可根據(jù)需要添加例如抗氧化劑、脫脂促進(jìn)劑、表面活性劑等各種添加物。混煉條件根據(jù)使用的金屬粉末的組成、粒徑、有機(jī)粘合劑的組成及它們的配合量等各種條件而不同，其中一例為可以是混煉溫度50°C以上且200°C以下左右、混煉時(shí)間 15分鐘以上且210分鐘以下左右。另外，根據(jù)需要，對混煉物進(jìn)行小球(小塊)化。小球的粒徑優(yōu)選是例如Imm以上且15mm以下左右。含有金屬粉末和有機(jī)粘合劑的組合物也可以不是混煉物形態(tài)，也可以是通過各種造粒方法制造的造粒粉形態(tài)。這樣的形態(tài)可以根據(jù)成型工序中的成型方法適當(dāng)選擇。2、成型工序接著，使混煉物成型，制造與目標(biāo)燒結(jié)體相同形狀的成型體。成型體的制造方法(成型方法)無特殊限定，例如，可列舉金屬粉末注射成型 (MIM =Metal Injection Molding)法、壓縮成型(壓粉成型)法、押出成型法等，其中，優(yōu)選金屬粉末注射成型法。該MIM法可以通過近終形(接近最終形狀的形狀)來制造比較小型的成型體、復(fù)雜且微細(xì)形狀的成型體，而且具有充分發(fā)揮所使用的金屬粉末的特性的優(yōu)點(diǎn)。為此，應(yīng)用本發(fā)明可以獲得有效發(fā)揮其效果的成型體。以下，作為成型方法的一例，針對用MIM法制造成型體進(jìn)行說明。首先，適用使用組合物配制工序中獲得的混煉物，用注射成型機(jī)注射成型，制造所希望的形狀、尺寸的成型體。此時(shí)，通過選擇成型模，也能夠容易地制造復(fù)雜形狀的成型體。這樣獲得的成型體是金屬粉末幾乎均勻分散在有機(jī)粘合劑中的狀態(tài)。所制造的成型體的形狀尺寸是將之后的脫脂及燒結(jié)造成的成型體的收縮量估計(jì)在內(nèi)而決定的。作為注射成型的成型條件，根據(jù)使用的金屬粉末的金屬組成、粒徑、有機(jī)粘合劑的組成及它們的調(diào)配量等諸條件而不同，列舉其一為材料溫度優(yōu)選是80°C以上且200°C以下左右、注射壓力優(yōu)選是2MPa以上且30MPa以下QOkgf/cm2以上且300kgf/cm2以下)。3、脫脂工序針對成型工序中獲得的成型體，進(jìn)行脫脂處理(脫粘合劑處理)，獲得脫脂體。
該脫脂處理是通過在例如大氣、氧氣這樣的氧化性氣體、如氫氣、一氧化碳這樣的還原性氣體、如氮?dú)?、氦氣、氬氣這樣的惰性氣體或含有它們中的1種或2種以上的混合氣等氣氛中、或者減壓氣氛中進(jìn)行熱處理來進(jìn)行。此時(shí)，熱處理的條件根據(jù)有機(jī)粘合劑的開始分解溫度等而有若干不同，優(yōu)選在溫度100°C以上且750°C以下左右進(jìn)行0. 5小時(shí)以上且40小時(shí)以下左右，更加優(yōu)選在溫度 150°C以上且600°C以下左右進(jìn)行1小時(shí)以上且M小時(shí)以下左右。另外，這樣的通過熱處理來進(jìn)行脫脂也可以依照各種目的(例如，目的是縮短脫脂時(shí)間等)分成多個(gè)工序(階段)進(jìn)行。此時(shí)，例如，可以列舉為，前一半在低溫下、后一半在高溫下進(jìn)行脫脂的方法、反復(fù)進(jìn)行低溫和高溫的方法等。另外，在后述的燒成工序中連續(xù)進(jìn)行脫脂和燒成的情況下，也可以省略只進(jìn)行脫脂的本工序。而且，脫脂處理也可以通過使用規(guī)定溶劑(液體、氣體等流體)使有機(jī)粘合劑、添加劑中的特定成分溶出從而進(jìn)行。另外，有機(jī)粘合劑也可以通過脫脂處理進(jìn)行不完全除去，例如，在脫脂處理結(jié)束的時(shí)間點(diǎn)，也可以殘留一部分。如上所述，通過形成脫脂體能夠獲得形狀保持性(保型性)優(yōu)異的脫脂體。4、燒成工序利用燒成爐等對脫脂工序中獲得的脫脂體進(jìn)行燒成。由此，使脫脂體燒結(jié)，獲得燒結(jié)體。通過這種燒結(jié)，在金屬粉末的粒子間的界面發(fā)生擴(kuò)散，引起晶粒生長，形成結(jié)晶組織?；诖耍@得整體上致密且高密度的燒結(jié)體。對于燒成爐的形態(tài)，例如，可列舉連續(xù)爐、間歇式爐等，但不限于此。燒成時(shí)，將脫脂體放在盤狀的承燒器上，并按承燒器配置到燒成爐內(nèi)。圖1是示出在間歇式燒成爐內(nèi)配置了裝載于承燒器的脫脂體的狀態(tài)的立體圖。圖1中表示的燒成爐1包括箱狀的框體2和被設(shè)計(jì)成覆蓋框體2的一面且可開閉框體2的內(nèi)部空間的蓋體3。框體2的內(nèi)部配置有加熱器(未圖示)，能夠加熱框體2的內(nèi)部。另外，在框體2中，設(shè)置了將內(nèi)部的氣體排出到外部的排氣單元(未圖示)及將氣體導(dǎo)入內(nèi)部的供氣單元(未圖示)。通過這些排氣單元及供氣單元，可以將框體2的內(nèi)部氣氛的組成及壓力控制成所希望的條件。作為排氣單元，除了排氣泵這樣的強(qiáng)制排氣單元之外，也使用只是漏氣閥這樣的自發(fā)排氣單元。另外，作為供氣單元，可以列舉氣罐、儲(chǔ)氣罐等。在圖1示出的框體2內(nèi)，設(shè)置有盤狀的承燒器4，而且，承燒器4上配置有脫脂體 5。燒成時(shí)，關(guān)閉蓋體3使框體2內(nèi)處于封閉狀態(tài)后，脫脂體5被裝載到承燒器4上， 并在此狀態(tài)下被加熱直到燒結(jié)。被用于脫脂體燒成的承燒器一般是由莫來石那樣的含S^2的陶瓷材料構(gòu)成的盤狀的容器。含有S^2的陶瓷具有優(yōu)異的耐熱沖擊性，即使是處于高溫加熱的燒成工序中， 也可以切實(shí)地防止承燒器的破裂、變形等。為此，這樣的承燒器在能夠用于重復(fù)燒成工序這點(diǎn)上是有用的。
一方面具有上述優(yōu)點(diǎn)，另一方面也存在問題，S卩如果將上記承燒器用于特別是減壓下、還原性氣體氣氛下、惰性氣體氣氛下等非氧化性氣氛下的燒成工序，則隨時(shí)間推移會(huì)發(fā)生劣化、破裂、變形等不良狀況。本發(fā)明者針對含有SiO2(二氧化硅)的承燒器(夾具(jig))的劣化機(jī)制反復(fù)進(jìn)行銳意研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，承燒器中含有的S^2在非氧化性氣氛下焙燒時(shí)容易被還原、通過有機(jī)粘合劑碳化而生成的脫脂體中的碳和S^2的氧結(jié)合，Sio2被還原成sio。Sio比S^2揮發(fā)性高，燒成時(shí)在燒成爐內(nèi)飛散，容易附著在成型體表面。本發(fā)明者指出，如果諸如SiO這樣的硅類物質(zhì)附著，則成型體被污染，阻礙正常的燒結(jié)。特別是在減壓下進(jìn)行焙燒時(shí)，促進(jìn)了硅類物質(zhì)的揮發(fā)，因此，使上述問題更明顯。另外，一旦SiO2被還原，則構(gòu)成承燒器的陶瓷的組成發(fā)生變化。因?yàn)槌袩鞅恢貜?fù)使用，所以每次燒成時(shí)承燒器中的SiO2慢慢減少，承燒器的機(jī)械特性降低。根據(jù)上述機(jī)制，本發(fā)明者找到燒成爐內(nèi)的最佳條件，通過在該條件下燒成，能夠防止承燒器劣化同時(shí)制造高質(zhì)量的燒結(jié)體，終完成本發(fā)明。本發(fā)明者找到的條件是，燒成爐的爐內(nèi)氣氛是惰性氣體，且爐內(nèi)壓力設(shè)定為 0. IkPa以上且IOOkPa以下，并且，在燒成時(shí)的升溫過程中，在途中進(jìn)行調(diào)整，以提高爐內(nèi)壓力。如果在這樣的條件下燒成脫脂體，則能夠抑制SiO2的還原，并且，可以一并抑制組合物中的金屬粉末的變質(zhì)及劣化。其結(jié)果，可以兼顧防止承燒器的劣化和提高燒結(jié)體的質(zhì)
量兩方面。另外，通過將爐內(nèi)氣氛規(guī)定惰性氣體氣氛，由于氣氛不具有還原性，因此可抑制 SiO2的還原和金屬粉末的氧化。另外，如果爐內(nèi)壓力不足上述下限值，則SiO及Si特別容易揮發(fā)，阻礙正常燒結(jié)。 另一方面，如果爐內(nèi)壓力上升，雖然能夠抑制SiO及Si的揮發(fā)，但與爐內(nèi)壓力增高相應(yīng)地爐內(nèi)的氧分壓上升。并且，如果爐內(nèi)壓力超過上述上限值，則特別促進(jìn)金屬粉末的氧化，導(dǎo)致燒結(jié)體被氧化。另外，在燒成時(shí)的升溫過程中，中途調(diào)整提高爐內(nèi)壓力，從而可以兼顧謀求防止承燒器劣化和提高燒結(jié)體品質(zhì)。作為上述惰性氣體，例如，可列舉氮?dú)?、氦氣、氬氣等，其中，特別是優(yōu)選氬氣。因?yàn)樵诙栊詺怏w中氬氣反應(yīng)性特別低，并且，可以用較低價(jià)錢獲得。另外，具有因與空氣的比重差較小而在爐內(nèi)不易分布不均的優(yōu)點(diǎn)。因此，可以防止從脫脂體釋放出來的氣體等不在爐內(nèi)擴(kuò)散而只滯留在脫脂體的周圍并再次吸附到脫脂體。另外，根據(jù)需要，也可以使用以此為主要成分的混合氣體。這種情況下，混合氣體中的惰性氣體的濃度優(yōu)選占體積的80%以上。另外，如上所述，燒成時(shí)的爐內(nèi)壓力是0. IkPa以上且IOOkPa以下(0. 75Torr以上且750Torr以下)，但優(yōu)選是0. 5kPa以上且50kPa以下(3. 75Torr以上且375Torr以下)。這里，在燒成工序中爐內(nèi)溫度隨時(shí)間變化的例子及爐內(nèi)壓力隨時(shí)間變化的例子分別如圖2所示。參考此圖2，詳細(xì)描述燒成工序。在本實(shí)施形態(tài)中，作為燒成工序的一例，以將燒成工序的升溫過程分為預(yù)備升溫過程&、第1升溫過程S1及第2升溫過程&大致三個(gè)升溫過程的情況為例，進(jìn)行說明。(預(yù)備升溫過程&)首先，在預(yù)備升溫過程&中，從室溫緩慢升溫，并保持在一定溫度Ttl，從而切實(shí)地除去脫脂體中殘存的有機(jī)粘合劑。在該預(yù)備升溫過程&中的溫度Ttl只要是有機(jī)粘合劑分解的溫度即可，優(yōu)選是例如 500°C以上且700°C以下。另外，溫度Ttl的保持時(shí)間根據(jù)溫度Ttl適當(dāng)設(shè)定，但優(yōu)選例如0. 5小時(shí)以上且8小時(shí)以下，更加優(yōu)選1小時(shí)以上且4小時(shí)以下。另外，預(yù)備升溫過程&中的爐內(nèi)壓力Ptl沒有特別限定，0. IkPa以上且IOOkPa以下即可。另外，該預(yù)備升溫過程&根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置即可，在用于燒成工序的脫脂體中幾乎不殘留有機(jī)粘合劑的情況下，也可以省略該過程。而且，在設(shè)置或未設(shè)置預(yù)備升溫過程& 的情況，有機(jī)粘合劑并不是完全被除去，例如，殘留如碳這樣的有機(jī)粘合劑的構(gòu)成元素。(第1升溫過程S1)接著，緩慢升高爐內(nèi)溫度，并保持在一定溫度1\。該第1升溫過程S1中的溫度T1比上述溫度Ttl高，優(yōu)選在900°C以上且1200°C以下，更加優(yōu)選在950°C以上且1150°C以下。通過將溫度T1設(shè)定在上述范圍內(nèi)，可以使殘留在脫脂體中的碳和存在于金屬粉末的各粒子表面的氧化物高效地結(jié)合。其結(jié)果，推進(jìn)氧化物的還原，脫脂體中的含氧率降低。在這樣的狀態(tài)下，金屬粉末的燒結(jié)性提高，最終獲得高密度的燒結(jié)體。溫度T1和溫度Ttl之差優(yōu)選在200°C以上且400°C以下。另外，溫度T1的保持時(shí)間根據(jù)溫度T1適當(dāng)設(shè)定，但例如優(yōu)選在0. 5小時(shí)以上且8 小時(shí)以下，更加優(yōu)選在1小時(shí)以上且4小時(shí)以下。另外，在進(jìn)入第1升溫過程S1的同時(shí)，降低爐內(nèi)壓力，使?fàn)t內(nèi)壓力降低到P1。就這樣在第1升溫過程S1中，通過相對降低爐內(nèi)壓力，可以切實(shí)地抑制金屬粉末的氧化。特別是通過使?fàn)t內(nèi)壓力降低到P1,可以有效地除去殘留在脫脂體內(nèi)部的空氣、二氧化碳、水分等，因此有助于提高燒結(jié)體的燒結(jié)密度。另外，在該溫度范圍內(nèi)，SiO2尚難被還原，SiO及Si揮發(fā)的可能性小，所以即使低到爐內(nèi)壓力P1也可以抑制SiO及Si造成的污
^fe O爐內(nèi)的減壓操作可以在預(yù)備升溫過程&的最后階段進(jìn)行，也可以在從預(yù)備的升溫過程&進(jìn)入到第1升溫過程S1的過程中進(jìn)行。另外，第1升溫過程S1中的爐內(nèi)壓力P1優(yōu)選在35kPa以下。由此，在第1升溫過程S1中，能夠更切實(shí)地壓抑金屬粉末的氧化反應(yīng)，能夠防止燒結(jié)體的質(zhì)量降低。而且，將爐內(nèi)壓力維持在P1后，在第1升溫過程S1的最后階段使?fàn)t內(nèi)壓力上升。 在高溫的溫度范圍內(nèi)，容易進(jìn)行S^2的還原，但通過相對提高爐內(nèi)壓力，可以抑制SiO及Si 的揮發(fā)。特別是，上述溫度T1附近不僅金屬氧化物的還原效率較高，這也是SiA還原開始的溫度。因此，在第ι升溫過程S1的最后階段使?fàn)t內(nèi)壓力上升，從而對于充分降低了含氧率的脫脂體，可以切實(shí)地防止生成阻礙其后的燒結(jié)的SiO及Si。另外，爐內(nèi)的升壓操作可以在后述的第2升溫過程&的初始階段進(jìn)行，也可以在從第1升溫過程S1進(jìn)入到第2升溫過程&的中途進(jìn)行。上述升壓操作的結(jié)果，將爐內(nèi)壓力變?yōu)镻2，并維持在此壓力。升壓操作后的爐內(nèi)壓力P2優(yōu)選超過35kPa。通過這樣操作爐內(nèi)壓力，可以高度兼顧防止承燒器的劣化和提高燒結(jié)體的品質(zhì)。也就是，在升壓前(35kPa以下)，更加確實(shí)地抑制金屬粉末的氧化反應(yīng)，防止燒結(jié)體的質(zhì)量降低，另一方面，在升壓后(35kPa超)，更加確實(shí)地抑制要阻礙燒結(jié)的SiO及Si的揮發(fā)，能夠正常燒結(jié)。在第1升溫過程S1中保持的爐內(nèi)壓力P1與第2升溫過程&中保持的爐內(nèi)壓力P2 的差沒有特別限定，但優(yōu)選是IOkPa以上且IOOkPa以下，更加優(yōu)選20kPa以上且SOkPa以下。另夕卜，將爐內(nèi)壓力WP1升壓到己時(shí)，優(yōu)選在爐內(nèi)溫度是900°C以上且1200°C以下的溫度范圍內(nèi)時(shí)進(jìn)行升壓操作。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)該溫度范圍是金屬粉末還原結(jié)束的溫度范圍與SiO及Si開始揮發(fā)的溫度范圍所重復(fù)的溫度范圍。并且，根據(jù)該溫度范圍，對于本發(fā)明， 在燒成工序的升溫過程的中途，在該溫度范圍內(nèi)使?fàn)t內(nèi)壓力上升，從而可以更加切實(shí)地防止正常的燒結(jié)被阻礙。另外，上記溫度范圍更加優(yōu)選在950°C以上且1150°C以下。(第2升溫過程&)接著，更進(jìn)一步提高爐內(nèi)溫度，并保持在一定溫度T2。第2升溫過程&中的溫度(燒成溫度)T2比所述溫度T1高，是燒成工序中的最高溫度，可以根據(jù)金屬粉末的組成適當(dāng)設(shè)定，但例如在不銹鋼粉末的情況下，優(yōu)選在1000°C以上且1400°C以下，更加優(yōu)選在1100°C以上且1300°C以下。在這樣的溫度下，通過燒成脫脂體，可以防止結(jié)晶組織膨大至需要以上。其結(jié)果，獲得具有微小結(jié)晶組織且機(jī)械特性及化學(xué)特性優(yōu)異的燒結(jié)體。另外，如果燒成溫度低于上述下限值，則整體或部分燒結(jié)不充分，因此所得的燒結(jié)體的機(jī)械特性、表面的粗糙度有可能降低。另一方面，如果燒成溫度超過上述上限值，則燒結(jié)過度(超過需要)，有可能結(jié)晶組織膨化，所得的燒結(jié)體的機(jī)械特性下降。另外，溫度T2和溫度T1之間的差優(yōu)選在100°C以上且400°C以下。另外，燒成時(shí)間根據(jù)燒成溫度適當(dāng)設(shè)定，但優(yōu)選例如在0. 5小時(shí)以上且8小時(shí)以下，更加優(yōu)選在1小時(shí)以上且4小時(shí)以下。一方面，將在第2升溫過程&中保持的爐內(nèi)壓力P2如上所述地設(shè)定為超過35kPa， 從而即使?fàn)t內(nèi)溫度T2是高溫，也能夠切實(shí)地抑制S^2的還原?；诖?，能夠抑制伴隨上述還原產(chǎn)生的SiO及Si附著在金屬粉末的表面后阻礙粒子間的原子擴(kuò)散。其結(jié)果，可以正常燒結(jié)，制造高密度的燒結(jié)體。經(jīng)過以上的燒成工序，能夠防止承燒器的劣化，并制造燒結(jié)密度高的高品質(zhì)的燒結(jié)體。本發(fā)明中，如前所述，優(yōu)選使用具有將爐內(nèi)氣體排出至外部的排氣單元和將氣體導(dǎo)入爐內(nèi)的供氣單元的燒成爐。這些排氣單元及供氣單元可以根據(jù)需要協(xié)調(diào)控制其動(dòng)作，從而將爐內(nèi)壓力設(shè)定為所希望壓力。這樣的話，爐內(nèi)氣氛時(shí)常交替，因此，能夠迅速向外部排出從例如脫脂體、爐壁脫離的氣體，并能夠防止脫脂體的污染。
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5、承燒器再生工序另外，根據(jù)需要，為了將使用過的承燒器變?yōu)檫m合再利用的狀態(tài)，可以對承燒器施以再生處理。通過如上所述的燒成工序，能夠抑制SiO及Si的揮發(fā)，但不能完全防止承燒器中的SiO2被還原成SiO及Si的反應(yīng)。因此，在承燒器中殘留容易揮發(fā)的SiO。但是，由于承燒器被用于反復(fù)燒成工序，因此每次殘留在承燒器中的SiO慢慢揮發(fā)，最終承燒器中的SiO完全流失。這樣的話，損壞承燒器的機(jī)械特性及耐熱沖擊性，并發(fā)生破裂、變形等不良狀況。因此，在本發(fā)明中，對燒成工序后的承燒器施以再生處理。承燒器的再生處理也可以通過在氧化性氣氛下對燒成工序后的承燒器實(shí)施加熱處理來進(jìn)行?；诖?，承燒器中的SiO被氧化，并再次恢復(fù)到Si02。其結(jié)果，容易揮發(fā)的SiO 向相對的難以揮發(fā)的SiA變化，承燒器穩(wěn)定化。也就是，通過再生處理，抑制SiA的還原，并且可以使未完全抑制而生成的SiO再次被氧化，所以能夠更加切實(shí)地防止承燒器的劣化。 并且，通過在燒成工序中使用實(shí)施了再生處理的承燒器，可以制造更高品質(zhì)的燒結(jié)體。該加熱處理中的加熱溫度優(yōu)選為1200°C以上且1600°C以下，更加優(yōu)選為1300°C 以上且1500°C以下。如果加熱溫度在上述范圍內(nèi)，則可以既防止承燒器的劣化又確實(shí)地使 SiO氧化。另外，加熱時(shí)間可以根據(jù)加熱溫度適當(dāng)設(shè)定，但優(yōu)選例如為0.5小時(shí)以上且8小時(shí)以下，更加優(yōu)選為1小時(shí)以上且4小時(shí)以下。作為進(jìn)行加熱處理的氧化性氣氛，例如，可列舉氧氣氣氛、大氣氣氛等。另外，加熱處理優(yōu)選在加壓后的氣氛下進(jìn)行。在加壓后的氣氛下進(jìn)行，則可以更確實(shí)地防止加熱中的SiO的揮發(fā)，同時(shí)使SiO氧化。加熱處理的氣氛的壓力超過大氣壓即可，優(yōu)選在150kPa以上，更加優(yōu)選200kPa以上。在這樣的壓力下，更加確實(shí)地抑制SiO的揮發(fā)，因此能夠充分地防止承燒器的劣化。如上所述，可以使承燒器再生成為適合再次利用的承燒器。以上，關(guān)于本發(fā)明的燒結(jié)體的制造方法，根據(jù)優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并不限定于此。實(shí)施例1.燒結(jié)體的制造實(shí)施例1[1]首先，將平均粒徑10 μ m的波明德合金粉末(EPSON ATMIX有限公司制)與聚丙烯和蠟的混合物(有機(jī)粘合劑)按照質(zhì)量比9 1稱量混合，獲得混合原料(組合物)。[2]其次，用混煉機(jī)混煉該混合原料，獲得混合物。[3]然后，在如下所示的成型條件下用注射成型機(jī)對該混合物進(jìn)行成型，制作了成型體。成型條件材料溫度150°C注射壓力IlMPa(11 Okgf/cm2)[4]其次，在如下所示的脫脂條件下對獲得的成型體實(shí)施熱處理(脫脂處理)，得到脫脂體。脫脂條件加熱溫度500°C加熱時(shí)間2小時(shí)加熱氣氛氮?dú)鈁5]其次，將獲得的脫脂體放在盤狀的承燒器(莫來石陶瓷製)上，按盤配置在間歇式燒成爐內(nèi)。并且，在以下所示的燒成條件進(jìn)行燒成，獲得燒結(jié)體。而且，所使用的燒成爐構(gòu)成為排氣泵和氣罐連接，平時(shí)，分別連續(xù)進(jìn)行排氣和供氣，從而可以保持爐內(nèi)壓力一定。燒成條件預(yù)備升溫過程爐內(nèi)溫度T0 600 0C X 1小時(shí)爐內(nèi)壓力P。 7OkPa爐內(nèi)氣氛氬氣(100% )第1升溫過程爐內(nèi)溫度1\ :1000°C Xl小時(shí)爐內(nèi)壓力P1JOkPa爐內(nèi)氣氛氬氣(100% )第2升溫過程爐內(nèi)溫度T2 1200°C (燒成溫度)X 3小時(shí)爐內(nèi)壓力P2 IOOkPa爐內(nèi)氣氛氬氣(100% )(實(shí)施例2 8)除燒成條件變更為表1所示以外，分別與實(shí)施例1同樣地獲得了燒結(jié)體。(比較例1 4)除燒成條件變更為表1所示以外，分別與實(shí)施例1同樣地獲得了燒結(jié)體。(比較例5)除在升溫過程的中途不提高爐內(nèi)壓力且在以下的燒成條件下進(jìn)行燒成以外，與實(shí)施例1同樣地獲得了燒結(jié)體。燒成條件爐內(nèi)溫度T1 :12000C X 3小時(shí)爐內(nèi)壓力P1JOkPa爐內(nèi)氣氛氬氣(100% )(比較例6)除將爐內(nèi)氣氛變更為氮?dú)?100% )以外，與實(shí)施例1同樣地獲得了燒結(jié)體。2.燒結(jié)體的評價(jià)2.1燒結(jié)密度的測定針對各實(shí)施例及各比較例中獲得的燒結(jié)體，測定了各自的燒結(jié)密度。并且，燒結(jié)密度的測定是通過依照阿基米德法(在JIS Z 2501中規(guī)定)的方法來進(jìn)行。并且，根據(jù)以下的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)評價(jià)了測得的燒結(jié)密度。
燒結(jié)密度的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)◎燒結(jié)密度是8. lg/cm3以上〇燒結(jié)密度是8. 05g/cm3以上且不足8. lg/cm3Δ 燒結(jié)密度是8. Og/cm3以上且不足8. 05g/cm3X 燒結(jié)密度不足8. Og/cm3另外，由測得的燒結(jié)密度和各鋼種的真密度計(jì)算出各實(shí)施例及各比較例的相對密度。2. 2含氧率的測定針對各實(shí)施例及各比較例中獲得的燒結(jié)體，通過氧氮同時(shí)分析裝置(oxygen/ nitrogen determinator) (LEC0 公司制造，TC-300 型)測定了含氧率。并且，根據(jù)以下評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)評價(jià)了測得的含氧率。含氧率的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)◎含氧率特別低〇含氧率稍低Δ 含氧率稍高X 含氧率特別高以上，將2.1及2. 2的評價(jià)結(jié)果示于表1。表 權(quán)利要求
1.一種燒結(jié)體的制造方法，其特征在于，具有成型工序，將含有金屬粉末和有機(jī)粘合劑的組合物成型為規(guī)定形狀，獲得成型體；以及燒成工序，使用爐內(nèi)具備含有二氧化硅的夾具的燒成爐，燒成所述成型體，獲得燒結(jié)體，在所述燒成工序中，所述燒成爐的爐內(nèi)氣氛為惰性氣體氣氛，且將爐內(nèi)壓力控制在 0. IkPa以上且IOOkPa以下，并且，在所述燒成工序的升溫過程的中途時(shí)機(jī)，使所述爐內(nèi)壓力上升。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燒結(jié)體的制造方法，其特征在于，所述燒成工序中的所述升溫過程的所述中途時(shí)機(jī)被設(shè)定為所述燒成爐的爐內(nèi)溫度是 900°C以上且1200°C以下的時(shí)機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燒結(jié)體的制造方法，其特征在于，所述燒成工序中的所述升溫過程中具有將所述爐內(nèi)壓力控制為35kPa以下的第1升溫過程以及將所述爐內(nèi)壓力控制為超過35kPa的第2升溫過程。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的燒結(jié)體的制造方法，其特征在于，在所述燒成工序中，通過邊對所述爐內(nèi)進(jìn)行減壓邊向所述爐內(nèi)導(dǎo)入惰性氣體來調(diào)整所述爐內(nèi)壓力。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的燒結(jié)體的制造方法，其特征在于， 所述惰性氣體氣氛是以氬為主要成分的氣體氣氛。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的燒結(jié)體的制造方法，其特征在于， 所述金屬粉末是不銹鋼粉末，所述燒成工序滿足在最高溫度1000°c以上且1400°C以下進(jìn)行0. 5小時(shí)以上且8小時(shí)以下的燒成條件。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的燒結(jié)體的制造方法，其特征在于，具有 在所述燒成工序后，在氧化性氣氛下對所述含有二氧化硅的夾具進(jìn)行加熱處理的工序。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的燒結(jié)體的制造方法，其特征在于， 所述加熱處理中的加熱溫度是1200°C以上且1600°C以下。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的燒結(jié)體的制造方法，其特征在于， 所述加熱處理在大氣壓以上的氣氛中進(jìn)行。
全文摘要
一種燒結(jié)體的制造方法。對于該燒結(jié)體的制造方法，對含有金屬粉末和有機(jī)粘合劑的組合物進(jìn)行成型，在使用爐內(nèi)具備含有二氧化硅的夾具的燒成爐進(jìn)行燒成時(shí)，燒成爐的爐內(nèi)氣氛為惰性氣體氣氛，且將爐內(nèi)壓力控制在0.1kPa以上且100kPa以下，并且，在燒成時(shí)的升溫過程的中途時(shí)機(jī)，使?fàn)t內(nèi)壓力上升。
文檔編號B22F3/22GK102240807SQ20111012143
公開日2011年11月16日 申請日期2011年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月11日
發(fā)明者中村英文, 石上秀樹 申請人:精工愛普生株式會(huì)社