CN103170629A - 烧结机及制造烧结体的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种烧结机及制造烧结体的方法，所述烧结机包括：模具，其用于容纳加工对象并具有孔，所述孔从所述模具的外侧面向所述模具的内侧延伸；加压构件，其用于对所述模具中的所述加工对象施加压力；以及加热部，其用于加热所述模具中的所述加工对象。本发明能够减小模具外表面的品质变化的影响，从而能够进行稳定的温度测量。
Description
相关申请的交叉引用
本发明所包含的主题与2011年12月20日向日本专利局提出申请的日本优先权专利申请案JP2011-278267中所公开的主题相关，所述日本优先权专利申请案的全部内容以引用方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及一种烧结机以及一种使用这种烧结机来制造烧结体的方法，所述烧结机将加工对象放置于模具中以通过加压及加热（热压）来煅烧所述加工对象。
背景技术
热压机（加压加热炉）将加工对象放置于模具（压模或模子）中以加热这种加工对象，同时使用加压构件（冲头）对所述加工对象施加压力。用于热压机的方法被分成若干种类型，且作为所分类的方法其中之一，存在密封型（封闭型）方法及开放型方法，所述密封型方法是在真空中或惰性气体环境中进行加压加热，所述开放型方法则是在大气环境中进行加压加热。当需要在氧化或惰性气体环境中进行煅烧时，常常使用密封型方法。此外，密封型方法也用来防止压模由于氧化作用而被消耗，这是因为在许多情形中使用碳作为压模的材料。相反，开放型方法由于大气中的氧气会使压模被进一步消耗，然而这种类型的方法能够实现高的生产率，这是因为可在煅烧结束的同时进行对压模（即已被煅烧的加工对象）等的更换。
在许多情形中，通常使用利用外部加热器的间接加热法作为用于热压机的加热方法（例如，参见日本专利第2797576号（图1））。在某些情形中，当欲被煅烧的材料是可导电的时，可使用冲头导电型方法（例如，参见日本专利第4163394号（图1））。此外，开放型方法还具有如下方法，即使用高频感应线圈对压模的外周区域进行感应加热。
在对热压机中的加工对象进行温度控制时，难以直接测量压模内的加工对象的温度，这是因为压模用作等压容器（isobaric vessel）。因此，已采用如下方法以控制所测量的温度，所述方法使用热电偶或辐射温度计来测量压模的外表面上的温度或压模与外部加热器之间的大气温度。此外，在日本专利第4163394号中所述的导电加热方法的情形中，已采用使用辐射温度计测量在安装于冲头上方及下方的隔离物的侧面上的温度的方法。
然而，在开放型方法的情形中，存在如下缺点：压模的外表面由于氧化作用而劣化，从而导致温度测量不稳定。这包括在加热期间适当地清洁压模表面的步骤，所述步骤会迫使加热被频繁地中断。
应注意，为参照起见，日本专利第4427846号中阐述了还存在其中可使用铠装热电偶（sheathed thermocouple）来取代辐射温度计的情形。然而，当例如采用高频感应加热作为加热方法时，高频波会叠加于热电偶上，使得难以使用铠装热电偶。
发明内容
本发明期望提供一种烧结机以及一种使用这种烧结机来制造烧结体的方法，所述烧结机能够减小模具外表面的品质变化的影响，从而能够进行稳定的温度测量。
根据本发明实施例的烧结机包括：模具，其用于容纳加工对象并具有孔，所述孔从所述模具的外侧面向所述模具的内侧延伸；加压构件，其用于对所述模具中的所述加工对象施加压力；以及加热部，其用于加热所述模具中的所述加工对象。
在根据本发明上述实施例的所述烧结机中，由所述加压构件对所述模具中的所述加工对象进行加压，同时由所述加热部对所述加工对象进行加热。在此机器中，所述孔是沿从所述模具的外侧面向所述模具的内侧的方向而设置，这容许在所述孔的最内侧凹陷中的端面上测量温度。
根据本发明实施例的制造烧结体的方法容许加工对象容纳于模具中、并通过对所述模具中的所述加工对象施加压力及进行加热来烧结所述加工对象。所述方法包括：测量在从所述模具的外侧面向所述模具的内侧延伸的孔的最内侧凹陷中的端面上的第一温度。根据本发明另一实施例的制造烧结体的方法容许加工对象容纳于模具中、并通过对所述模具中的所述加工对象施加压力及进行加热来烧结所述加工对象。所述方法包括：准备第一传感器；以及使用所述第一传感器测量在从所述模具的外侧面向所述模具的内侧延伸的孔的最内侧凹陷中的端面上的第一温度。
在根据本发明上述实施例中的每一个的制造烧结体的方法中，所述孔是沿从所述模具的外侧面向所述模具的内侧的方向而设置，并测量在所述孔的最内侧凹陷中的端面上的第一温度。因此，与其中测量模具外表面上的温度或模具与外部加热器之间的大气温度的现有方法不同，本发明的这种方法可减小模具外表面的品质变化的影响，从而能够进行稳定的温度测量。
在根据本发明上述实施例的烧结机中，所述孔是沿从所述模具的外侧面向所述模具的内侧的方向而设置，此使得能够容易地实施根据本发明上述实施例中每一实施例的制造烧结体的方法。
应理解，上述总体说明及以下详细说明均为示例性的，并旨在进一步解释所主张保护的技术。
附图说明
在参阅附图之后将进一步理解本发明，各附图包含于本说明书中并构成本说明书的一部分。附图图示了各实施例，并与本说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是表示根据本发明第一实施例的烧结机的构造的剖视图；
图2是表示图1所示烧结机的构造的俯视平面图；
图3是用于解释现有温度测量方法的剖视图；
图4是用于解释图3所示现有温度测量方法中所涉及的问题的图；
图5是表示将其中测量并控制第一温度的情形与其中测量并控制压模外表面上的温度的情形相比较的第二温度状态的图；
图6是用于解释在图1所示烧结机中测量第二温度的剖视图；
图7是表示将其中测量并控制第一温度的情形与其中测量并控制压模外表面上的温度的情形相比较的、以第一温度达到目标值的时刻作为起点的第二温度状态的图；
图8是表示在其中测量并控制第一温度的情形中在使第一温度上升至约1300℃过程中第二温度状态的图；以及
图9是表示根据本发明第二实施例的烧结机的构造的剖视图。
具体实施方式
以下，将参照附图来详细阐述本发明的某些实施例。应注意，将按以下顺序进行说明：
1.第一实施例（在此示例中，设置有从模具的外侧面向内侧行进的孔）
2.第二实施例（在此示例中，在模具的高度方向上孔设置于不同于加工对象的位置处）
（第一实施例）
（烧结机）
图1表示根据本发明第一实施例的烧结机的剖面构造，且图2表示图1所示烧结机的俯视平面构造。这种烧结机1是单轴热压机，其包括：模具20，其用于容纳加工对象10（即欲被烧结的粉末）；冲头（加压构件）30，其用于对模具20中的加工对象10施加压力；以及加热部40，其用于加热模具20中的加工对象10。加工对象10例如是作为陶瓷材料的溅射靶的原材料的粉末、或其煅烧材料（烧结体）。
模具20例如具有插入模具（内部模具）21，插入模具21用于界定位于压模（外部模具）22中的加工对象10的平面形状。压模22例如是圆筒状构件并用作等压容器，以使由冲头30所施加的压力保持受控。插入模具21由多个构件的组合构成，所述多个构件以可装卸的方式配合于压模22中，而且根据加工对象10的形状及尺寸，可具有各种形状及尺寸的类型。插入模具21及压模22例如是由碳构成。
冲头30具有下部冲头31及上部冲头32，下部冲头31及上部冲头32配合于模具20的插入模具21中，加工对象10被夹置于这些冲头之间以在垂直方向（图1及图2中的z轴方向）上对其进行加压。正如模具20一样，下部冲头31及上部冲头32例如是由碳构成。下部冲头31放置于底座33上。在上部冲头32上设置有加压杆34。
加热部40例如具有高频感应线圈41，高频感应线圈41用于对模具20上的压模22的外侧面20A进行感应加热。换言之，烧结机1是使用大气煅烧感应加热方法的开放型热压机。
在烧结机1中，在从模具20的外侧面20A向内侧的方向上设置有用于温度测量的孔23。因此，在烧结机1中，通过使用传感器（例如，辐射温度计51）在此孔23的最内侧凹陷中的端面23A上测量第一温度T1，可减小模具20外表面的品质变化的影响，从而能够进行稳定的温度测量。
换言之，期望在更靠近加工对象10的位置处进行温度测量，然而难以对在施加追加压力时可移动的构件（例如冲头30及插入模具21）进行定点测量。此外，对于开放型热压机，压模22的外侧面20A上的顶面或外围区域的状态会由于氧化作用而发生变化，并因此需要更稳定的测量位置。因此，期望的是在压模22上钻孔以得到孔23，并在模具20内且在最靠近插入模具21的位置处进行温度测量。更具体而言，优选的是，孔23设置成容许测量在插入模具21的暴露于孔23中的外侧面21A上的温度。然而，当在相对于压模22的压力方向（z轴方向）上设置孔23时，孔23的长度（深度）会增大，这会对强度不利。此外，由于压模22的垂直方向上存在许多结构，因此在使用辐射温度计51进行测量期间，需要用于使测量光轴路径偏折的结构（例如反射镜等）。因此，可能会使机器构造变得复杂，并也可产生测量精度的问题。因此，从简化机器构造、保持压模22的强度、以及提高温度测量精度中的任何角度来看，有利的是在模具20的厚度方向的一部分处、在与压力方向（z轴方向）垂直（或基本上垂直）的方向（模具20的直径方向）上从模具20的外侧面20A向其中心设置孔23。
具体而言，优选的是，从压模22的外侧面20A至内侧面20B设置孔23。换言之，优选的是，孔23贯穿压模22，然而其并不连通压模22及插入模具21。这是因为当孔23完全贯穿模具20时，可能由于压力的施加而使加工对象10从孔23中出去。此外，作为另一原因，当孔23连通压模22及插入模具21时，在施加压力期间，位于压模22内的孔23与位于插入模具21内的孔23可能不对齐。
应注意，并不具体规定孔23在圆周方向上的位置，然而所述孔优选地设置于例如插入模具21上相对较厚的位置处。
此外，烧结机1具有闭端管24，闭端管24在其第一端处具有封闭端面24A，且其第二端是开口的。闭端管24配合于孔23中，使得封闭端面24A接触插入模具21的外侧面21A。其中一个原因如下。对于密封型方法，烧结是在真空中或在惰性气体中进行，并因此可使用辐射温度计51测量在孔23的最内侧凹陷中的端面23A上的第一温度T1。相反，对于开放型方法，孔23的最外侧圆周部（入口附近）可能会在每次进行烧结时由于空气环境而扩大，或孔23本身可能会扩大。将闭端管24配合于孔23中能够防止孔23的内侧由于氧化作用而劣化，从而使得能够进行长期稳定的温度测量。
优选的是，孔23或闭端管24的直径r对深度（长度）d的比率例如通常不小于1:10。此使得孔23或闭端管24的内侧可被视为伪黑体腔（pseudo blackbody cavity），进而使得可提高温度测量的绝对值精度。应注意，图1及图2中的直径r及深度d被标示为闭端管24的直径r及深度d。
优选的是，这种闭端管24由具有抗氧化性的任何材料构成。具体而言，闭端管24的构成材料的示例包括但不限于：氧化铝（alumina）、氧化锆（zirconia）、氧化铪（hafnia）或其复合材料（例如，硅铝氧氮聚合材料（sialon）及堇青石（cordierite））以及碳化硅。此外，用上述材料涂覆或覆盖碳石墨所得的任何材料也是可以的。
例如，可以如下方式来制造烧结机1。
首先，设定从辐射温度计51至插入模具21的外侧面21A的测量距离，以确定闭端管24的尺寸。于此，例如将测量距离设定成约1m。例如，当使用从位于日本东京都的千野公司（Chino Corporation）可获得的IR-SAS11N用于辐射温度计51时，测量区域变成约
10mm。从此结果考虑一些面积余量（margin），选择内径为
13mm且外径为
17mm的再结晶氧化铝保护管PT-0（可从位于日本大阪府的三高电气有限公司（Sanko Electric Co.,Ltd.）获得）。
接下来，在压模22的外侧面20A上设置在直径方向上贯穿压模22的孔23。从耐久性、导热性等角度来看优选的是，选择各向同性碳作为压模22、插入模具21、下部冲头31及上部冲头32的材料。
当在压模22上设置孔23时，优选地考虑压模22与闭端管24由于热膨胀而产生的干扰。如果闭端管24的热膨胀系数大于压模22的热膨胀系数，则优选的是将孔23钻成使其尺寸大出对应于热膨胀系数那么多。
假设如上所述由氧化铝制成的闭端管24的热膨胀系数约为7.6ppm/℃，且烧结温度范围最高达约1300℃，则在使用简化批量转换（simplified bulk conversion）时，孔23在直径方向上扩张约0.17mm。相应地，设定约0.2mm的余量来形成约
17.2mm的孔23。为形成孔23，可使用钻头等在通常的压模22上钻孔，但是或者也可以在形成压模22时预先设置通孔。优选的是，闭端管24的长度基本上等于压模22的厚度，然而当在压模22的顶面上涂覆有绝热材料的情况下进行烧结时，可将闭端管24制成为比压模22的厚度长出该绝热材料的厚度。
应注意，能够根据测量点与辐射温度计51之间的距离以及辐射温度计51的规格来最佳地设定闭端管24及孔23的设计。
将闭端管24插入以这种方式形成的压模22的孔23中。这些步骤将完成图1及图2中所示的烧结机1。
（制造烧结体的方法）
接下来，将说明使用烧结机1来制造烧结体的方法。更具体而言，将加工对象10（即欲被烧结的粉末）容纳于模具20中，随后，将加工对象10夹置于下部冲头31与上部冲头32之间，以对其施加压力。接着，对高频感应线圈41施加电流，以开始对模具20的外侧面20A进行感应加热。升温速率可为约5℃/分钟，且在达到目标温度之后，进行控制来保持此温度。
此时，使用辐射温度计51测量在孔23的最内侧凹陷中的端面23A（当闭端管24配合于孔23中时位于闭端管24内侧的封闭端面24A）上的第一温度T1。此外，根据测量结果来调整施加至高频感应线圈41的高频电流，从而控制第一温度T1。通过以这种方式在闭合回路中控制施加至高频感应线圈41的电流，将减小模具20的外侧面20A的状态或消耗程度等的影响，使得可进行稳定的温度测量，以及以高稳定性及优异的可重复性来进行对加工对象10的温度控制。
相反，在以往，例如如图3所示，测量在压模122的外顶面120A上的温度T101，因此，对于开放型方法，压模122的外顶面120A会由于氧化作用而劣化，从而导致温度测量不稳定。这包括在加热期间适当地清洁压模122的外顶面120A的步骤，所述步骤会迫使加热被频繁地中断。应注意，在图3中，与图1及图2所示相同的组成部件标有相同的附图标记加上一百。
图4表示使用图3所示的现有温度测量方法测量在压模122的外顶面120A上的温度T101的测量结果。从图4可看出，由于压模122上的顶面的状态在清洁步骤之前及之后显著不同，因此当试图通过控制使指示的温度保持为恒定值时，实际温度呈锯齿状。应注意，在日本专利第4427846号中所述的使用铠装热电偶的温度测量方法并不适用于其中采用如本实施例及图3所示示例中的感应加热方法的情形。
此外，在本发明的此实施例中，使用辐射温度计51测量在孔23的最内侧凹陷中的端面23A（当闭端管24配合于孔23中时位于闭端管24内侧的封闭端面24A）上的第一温度T1，这使得能够根据更靠近加工对象10的位置的温度测量结果来进行升温控制。因此，与如图3所示的测量在压模122的外顶面120A上的温度的现有方法相比，模具20的内部温度的上升特性得到改善。这使得第一温度T1能够更快地达到设定温度或饱和温度。
另外，通过高频感应对压模22的外周区域所进行的加热取决于涡流透入深度，涡流透入深度由如下表达式1表示。
（表达式1）
δ=5.03×√(ρ/μf)
（在以上表达式中，δ为电流透入深度，ρ为压模22的电阻率，μ为相对磁导率，且f为频率。）
因此，当在压模22的外侧面20A上发生氧化时，表达式1中的ρ会在压模22的直径方向上发生变化，从而产生加热位置的内部行进（internal progress）。此会造成如下缺点：内部温度（即实际温度）高于使用辐射温度计51测得的在压模22的外侧面20A上的温度。
为解决此问题，已根据以往的经验或次数的控制进行各种努力尽可能以可再现的方式进行煅烧，然而难以达到对温度及时间控制有严格要求的煅烧，从而在产品完成时出现差异。
相反，在本发明的此实施例中，使用辐射温度计51测量在孔23的最内侧凹陷中的端面23A（当闭端管24配合于孔23中时位于闭端管24内侧的封闭端面24A）上的第一温度T1。因此，即使对于加热部40采用高频感应加热方法，也可进行稳定且高精度的温度测量以更精确地反映模具20的内部温度，而不受加热位置的内部行进的影响，所述加热位置的内部行进是由于压模22的外侧面20A的品质变化而引起的。
图5表示如图6所示使用辐射温度计52测量在上部冲头32的侧面30A上的第二温度T2的测量结果（图5中的白色圆圈标记：闭端管的控制），所述第二温度T2的测量与以上述方式所进行的对第一温度T1的测量及控制并行。此外，图5还表示使用辐射温度计152测量在上部冲头132的侧面130A上的温度T102的测量结果（图5中的黑色菱形标记：压模的外周区域的控制），所述温度T102的测量与如图3所示对模具120的外顶面120A上的温度T101的测量及控制并行。应注意，在图5中，垂直线上的刻度标记表示其向上移动时温度升高，且一个刻度相当于约10℃。水平线上的刻度标记表示其向右侧移动时温度升高，且一个刻度相当于约20℃。
从图5可看出，当对在模具120的外顶面120A上的温度T101进行测量及控制时，温度的变化会增大至难以在模具120的外顶面120A上的设定温度与上部冲头132的侧面130A上的温度T102之间找到相关性。相反，当对在闭端管24内侧的封闭端面24A上的第一温度T1进行测量及控制时，能够获得第一温度T1的设定温度与上部冲头32的侧面30A上的第二温度T2之间的相关性。
此外，与其中对在模具120的外顶面120A上的温度T101进行测量及控制的情形相比，当对在闭端管24内侧的封闭端面24A上的第一温度T1进行测量及控制时，温度测量值通常较高。当对在闭端管24内侧的封闭端面24A上的第一温度T1进行测量及控制时，这为表示测量及控制在更靠近压模22内侧的位置处的温度的结果。
换言之，可以发现，如果设置有从模具20的外侧面20A向内侧行进的孔23，并使用辐射温度计51测量在孔23的最内侧凹陷中的端面23A上的第一温度T1，则这会减小模具20的外侧面20A上的状态或消耗程度的影响，并可进行稳定的温度测量，以及可测量在更靠近加工对象10的位置处的温度。
图7表示使用辐射温度计52对在上部冲头32的侧面30A上的第二温度T2的测量结果，该结果以第一温度T1达到目标值（设定温度）的时刻作为起点（图7中的实线：闭端管内侧的控制）。此外，图7还表示使用辐射温度计152对在上部冲头132的侧面130A上的温度T102的测量结果，该结果以模具120的外顶面120A上的温度T101达到目标值（设定温度）的时刻作为起点（图7中的虚线：压模的外周区域的控制）。应注意，在图7中，垂直线上的刻度标记表示其向上移动时温度升高，且一个刻度相当于约10℃。水平线上的刻度标记表示其从左侧向右侧移动时所经过的时间，且一个刻度相当于约20分钟，其中第一温度T1或模具120的外顶面120A上的温度T101达到目标值（设定温度）的时刻定义为0。
从图7可看出，当对在闭端管24内侧的封闭端面24A上的第一温度T1进行测量及控制时，上部冲头32的侧面30A上的第二温度T2（即内部温度）迅速地上升，且当其一旦达到平衡状态时便被进一步保持为恒定值。这大概是因为在不受模具20的外侧面20A上的顶面状态影响的情况下，温度稳定性得到改善。
另一方面，当对在模具120的外顶面120A上的温度T101进行测量及控制时，上部冲头132的侧面130A上的温度T102缓慢地上升，且即使在达到饱和温度之后仍出现脉动。出现这种脉动的原因与参照图3及图4所述的锯齿状温度变化的原因相同。
换言之，可以发现，如果设置从模具20的外侧面20A向内侧行进的孔23，并使用辐射温度计51测量在孔23的最内侧凹陷中的端面23A上的第一温度T1，则这可增强温度的可控性及稳定性，并加快模具内侧（即更靠近加工对象10的位置）的温度上升，这有助于减少烧结时间。
此外，在本发明的此实施例中，如图6所示，优选的是，使用传感器（例如辐射温度计52）测量在冲头30的侧面30A上的第二温度T2，以根据第一温度T1及第二温度T2的测量结果来控制对加工对象10所进行的加压及加热。具体而言，在第一温度T1达到目标值之后，优选的是在第二温度T2饱和的状态中对加工对象10追加地施加压力、或开始计算烧结时间、或者进行上述两者。这使得可改善加工对象10的内部温度的均匀性。
于此，如图6所示，可测量在冲头30的侧面30A上的第二温度T2，或者，也可测量在模具20（更具体而言，插入模具21）的顶面或底面上的第二温度T2。
换言之，从压模22的外周区域加热的情形中的一般问题包括直径方向上的温度分布。这是由导热性及热容量引起的现象，且在以往的许多情形中，已通过如下方式导出了适宜的条件，即重复地进行条件确认，以根据所煅烧的材料及煅烧量、尺寸及形状获得最佳的煅烧结果，并调整升温速度、再次加压前的等待时间等。此外，与如上所述的日本专利第2797576号一样，也存在如下情形：根据通过高级计算来确定最佳条件所得的基本数据来进行建模。然而，任何方法均具有耗时的缺点。
在继续研究的过程中，本技术的公开方已发现，冲头30或插入模具21上的顶面温度的变化状态可用作指示内部加工对象10的温度状态的指标。可以认为，冲头30直接接触加工对象10、或在某些情形下间接接触加工对象10，以反映加工对象10的温度状态。此外，冲头30的侧面30A上的温度与第一温度T1之间存在相关性（参见图5）。基于这些事实，可监测冲头30的侧面30A上的温度或作为相似位置的插入模具21的顶面或底面上的第二温度T2，以基于所监测到的温度状态来进行煅烧。
具体而言，当压模22、插入模具21、冲头30等的蓄热及热辐射在一定条件下达到平衡状态时，冲头30或插入模具21上的顶面温度会达到平衡状态。
即使加热温度是恒定的，冲头30的侧面30A上或模具20（更具体而言，插入模具21）的顶面或底面上的第二温度T2的绝对值也会随着正被烧结的材料（即加工对象10）、其装载量以及冲头30及模具20的热容量而发生变化，然而由热平衡中的饱和所引起的温度变化是近似恒定的。
基于此事实，如图6所示，不仅如上所述测量及控制第一温度T1，增加用于测量在冲头30的侧面30A上的第二温度T2的辐射温度计52，并一同进行对第一温度T1的测量及控制以及对第二温度T2的监测，此后，以第二温度T2达到饱和的时刻为基点，确定追加施加压力（再次加压）的时刻或开始计算烧结时间，或者进行上述两者。这将消除进行重复的条件确认或高级计算的必要性，并解决如上所述在直径方向上的温度分布的问题，从而使加工对象10的内部温度的均匀性得到改善。
图8表示使用辐射温度计52测量在上部冲头32的侧面30A上的第二温度T2的测量结果（图8中的虚线：冲头的侧面上的温度）、以及通过如上所述对第一温度T1的测量及控制而使第一温度T1上升至预定温度的结果（图8中的实线：闭端管的内部温度）。应注意，在图8中，垂直线上的刻度标记表示其向上移动时温度升高，且一个刻度相当于约50℃。水平线上的刻度标记表示其从左侧向右侧移动时所经过的时间，且一个刻度相当于约20分钟。
从图8可看出，当第一温度T1达到约1300℃的设定值时，第二温度T2在约20分钟的延迟之后达到饱和。上部冲头32的侧面30A上的温度饱和表示对加工对象10的加热与来自上部冲头32的热辐射平衡，并能够将此视为这种系统中的温度饱和状态。以达到这种热平衡的时刻作为触发，进行追加施加压力或开始计算烧结时间，或进行上述两者，此使得能够进行具有优异的温度分布可再现性的烧结。
例如在图8中，考虑到余量等，可在例如达到热平衡约10分钟之后进行追加施加压力或开始计算烧结时间、或进行上述两者，此使得能够进行具有优异的温度分布可再现性的烧结。应注意，温度分布并未被完全移除。
如上所述，加工对象10以如下方式被烧结以形成烧结体，即用加热部40的高频感应线圈41来加热模具20内的加工对象10，并使用冲头30对加工对象10进行加压。
如上所述，在本发明的此实施例中，使用辐射温度计51测量在从模具20的外侧面20A向内侧行进的孔23的最内侧凹陷中的端面23A上的第一温度T1，并因此可获得如下有利效果，但并非仅限于此。
（1）可减小模具20的外顶面的状态或消耗程度的影响，使得能够进行稳定的温度测量。此使得可以高稳定性及优异的可再现性来对加工对象10进行温度控制。
（2）无需对模具20的外侧面20A进行清洁步骤，从而消除中断加热的必要性。
（3）可根据更靠近加工对象10的位置的温度测量结果来进行升温控制，从而改善模具20的内部温度的上升特性。此使得第一温度T1能够更快地达到其设定温度或饱和温度，此使得可改善加工对象10的升温特性。
（4）即使加热部40采用高频感应加热方法，也可以高稳定性及高精度来进行温度测量，从而在不受加热位置的内部行进的影响的情况下更精确地反应模具20的内部温度，所述加热位置的内部行进是由压模22的外侧面20A上的品质变化而引起。
此外，在本发明的此实施例中，使用辐射温度计52测量在冲头30的侧面30A上或在模具20（更具体而言，插入模具21）的顶面或底面上的第二温度T2，以根据第一温度T1及第二温度T2的测量结果来控制对加工对象10所进行的加压及加热。具体而言，在第一温度T1达到目标值之后，在第二温度T2饱和的状态中对加工对象10追加施加压力或开始计算烧结时间、或进行上述两者。这将消除进行重复的条件确认或高级计算的必要性，并解决直径方向上的温度分布的问题，从而使加工对象10的内部温度的均匀性得到改善。
此外，将在第一端处具有封闭端面24A的闭端管24配合于孔23中，使得封闭端面24A接触插入模具21的外侧面21A，此会防止孔23的内侧由于氧化作用而劣化，从而使得能够进行长期稳定的温度测量。
（第二实施例）
图9表示根据本发明第二实施例的烧结机1A的剖面构造。当加工对象10被容纳于模具20中时，除了孔23设置于在模具20的高度方向（z轴方向）上不同于加工对象10的容纳位置的位置之外，烧结机1A具有与上述第一实施例中相同的构造、操作及有利效果。因此，对于相同的组成部件将适当地不再予以赘述。
如上所述，当加工对象10被容纳于模具20中时，孔23在模具20的高度方向（z轴方向）上设置于与加工对象10的容纳位置偏移的位置处。换言之，孔23被设置成防止其位于加工对象10的容纳位置在直径方向上的延伸线上。这是因为应力模拟的结果显示，在烧结加工对象10期间施加于插入模具21及压模22上的应力在加工对象10的直径方向上集中向外。将孔23设置于在z轴方向上不同于加工对象10的容纳位置的位置处能够防止来自加工对象10的应力直接施加于孔23上。
应注意，可将孔23设置成在z轴方向上低于（位于较低位置处）加工对象10的容纳位置（如图6所示），或将其设置成在z轴方向上高于（位于较高位置处）加工对象10的容纳位置（图未示出）。
使用烧结机1A来制造烧结体的方法与上述第一实施例中的方法相同。
如上所述，在本发明的此实施例中，当加工对象10被容纳于模具20中时，孔23设置于在模具20的高度方向上不同于加工对象10的容纳位置的位置处，此能够防止在烧结时来自加工对象10的应力直接施加于孔23上。
到目前为止，本发明是参照上述实施例来阐述的，然而本发明并非仅限于此，而是可作出各种变化。例如，在上述实施例中，对其中加工对象10的装载量为单个阶段（single stage）的情形进行说明，然而本发明并非仅限于其中以单个阶段装载加工对象10的情形，而是也适用于其中以多个阶段装载加工对象10的情形。在这种情形中，第二实施例中的孔23的位置可根据加工对象10的装载位置或间距而改变。
此外，在上述实施例中，对其中下部冲头31及上部冲头32直接接触加工对象10的情形进行说明，然而，可在加工对象10与下部冲头31或上部冲头32之间夹置可由同一材料构成的碳纸（carbon paper）、垫片（板）等。
此外，在上述实施例中，对其中在冲头30的侧面30A或其他位置上测量第二温度T2的情形进行说明，然而可在冲头30与加压杆34之间插入具有高热导率且增强强度的构件（图未示出），从而在此构件的侧面上测量温度。
另外，例如，在上述实施例中，具体参照烧结机1及烧结机1A的构造进行说明，然而未必提供所有的组成部件，或者可进一步提供任何其他组成部件。
本发明尤其有利的是（但并不限于）一种用于基于陶瓷的材料的溅射靶的烧结机以及一种使用这种烧结机来制造烧结体的方法，且靶材料并不受限制。
因此，根据本发明的上述示例性实施例及变形例可实现至少以下构造：
（1）一种烧结机，其包括：
模具，其用于容纳加工对象并具有孔，所述孔从所述模具的外侧面向所述模具的内侧延伸；
加压构件，其用于对所述模具中的所述加工对象施加压力；以及
加热部，其用于加热所述模具中的所述加工对象。
（2）如（1）所述的烧结机，其中，当所述加工对象被容纳于所述模具中时，所述孔在所述模具的高度方向上设置于不同于所述加工对象的容纳位置的位置处。
（3）如（1）或（2）所述的烧结机，其中，
所述模具包括外部模具及内部模具，所述内部模具设置于所述外部模具中，所述内部模具用于界定所述加工对象的平面形状，并且
所述孔是从所述外部模具的外侧面至所述外部模具的内侧面而设置，所述外部模具的外侧面用作所述模具的外侧面。
（4）如（3）所述的烧结机，其中，所述孔被设置为容许测量在所述内部模具的暴露于所述孔中的外侧面上的温度。
（5）如（3）所述的烧结机，其还包括闭端管，所述闭端管在其一端处具有封闭端面，所述闭端管配合于所述孔中，使得所述封闭端面接触所述内部模具的外侧面。
（6）如（5）所述的烧结机，其中，所述孔或所述闭端管的直径对深度的比率不小于1:10。
（7）如（5）所述的烧结机，其中，所述闭端管由选自以下一组材料的材料制成，所述一组材料包括：氧化铝；氧化锆；氧化铪；由氧化铝、氧化锆及氧化铪的任意组合形成的复合材料；碳化硅；以及用氧化铝、氧化锆、氧化铪、所述复合材料或碳化硅涂覆或覆盖碳石墨所得的材料。
（8）如（1）所述的烧结机，其中，所述加热部包括对所述模具的外侧面进行感应加热的高频感应线圈。
（9）一种制造烧结体的方法，其中，所述方法容许加工对象容纳于模具中、并通过对所述模具中的所述加工对象施加压力及进行加热来烧结所述加工对象，所述方法包括：
测量在从所述模具的外侧面向所述模具的内侧延伸的孔的最内侧凹陷中的端面上的第一温度。
（10）如（9）所述的制造烧结体的方法，其中，
所述模具包括外部模具及内部模具，所述内部模具设置于所述外部模具中，所述内部模具用于界定所述加工对象的平面形状，以及
所述孔是从所述外部模具的外侧面至所述外部模具的内侧面而设置，所述外部模具的外侧面用作所述模具的外侧面。
(11)如(10)所述的制造烧结体的方法，其中，所述孔被设置成容许测量在所述内部模具的暴露于所述孔中的外侧面上的第一温度。
(12)如(10)所述的制造烧结体的方法，其中，
在一端处具有封闭端面的闭端管配合于所述孔中，使得所述封闭端面接触所述内部模具的外侧面，以及
测量所述封闭端面上的温度以作为所述第一温度。
(13)如(9)所述的制造烧结体的方法，还包括：
测量在用于对所述模具中的所述加工对象施加压力的加压构件的侧面上或在所述模具的顶面或底面上的第二温度；以及
基于所述第一温度及所述第二温度的测量结果来控制对所述加工对象所进行的所述压力的施加、所述加热、或所述压力的施加及所述加热两者。
(14)如(13)所述的制造烧结体的方法，其还包括：在所述第一温度达到目标值之后，在所述第二温度饱和的状态下进行对所述加工对象追加施加压力、开始计算烧结时间，或者进行所述追加施加压力及所述开始计算烧结时间两者。
(15)如(9)所述的制造烧结体的方法，其中，当所述加工对象被容纳于所述模具中时，所述孔设置于在所述模具的高度方向上不同于所述加工对象的容纳位置的位置处。
(16)一种制造烧结体的方法，其中，所述方法容许加工对象容纳于模具中、并通过对所述模具中的所述加工对象施加压力及进行加热来烧结所述加工对象，所述方法包括：
准备第一传感器；以及
使用所述第一传感器测量在从所述模具的外侧面向所述模具的内侧延伸的孔的最内侧凹陷中的端面上的第一温度。
(17)如(16)所述的制造烧结体的方法，其中，
所述模具包括外部模具及内部模具，所述内部模具设置于所述外部模具中，所述内部模具用于界定所述加工对象的平面形状，并且
所述孔是从所述外部模具的外侧面至所述外部模具的内侧面而设置，所述外部模具的外侧面用作所述模具的外侧面。
(18)如(17)所述的制造烧结体的方法，其中，所述孔被设置成容许测量在所述内部模具的暴露于所述孔中的外侧面上的所述第一温度。
(19)如(17)所述的制造烧结体的方法，其中，
在一端处具有封闭端面的闭端管配合于所述孔中，使得所述封闭端面接触所述内部模具的外侧面，以及
测量所述封闭端面上的温度以作为所述第一温度。
(20)如(16)所述的制造烧结体的方法，其中，还包括：
准备第二传感器；
使用所述第二传感器测量在用于对所述模具中的所述加工对象施加压力的加压构件的侧面上或在所述模具的顶面或底面上的第二温度；以及
基于所述第一温度及所述第二温度的测量结果来控制对所述加工对象所进行的所述压力的施加、所述加热、或所述压力的施加及所述加热两者。
(21)如(20)所述的制造烧结体的方法，还包括：在所述第一温度达到目标值之后，在所述第二温度饱和的状态下进行对所述加工对象追加施加压力、开始计算烧结时间，或者进行所述追加施加压力及所述开始计算烧结时间两者。
(22)如(16)所述的制造烧结体的方法，其中，当所述加工对象被容纳于所述模具中时，所述孔设置于在所述模具的高度方向上不同于所述加工对象的容纳位置的位置处。
所属领域的技术人员应理解，根据设计要求及其他因素，可产生各种变形、组合、子组合及改变，只要其属于随附权利要求书或其等效内容的范围内即可。
Claims (22)
1.一种烧结机，其包括：
模具，其用于容纳加工对象并具有孔，所述孔从所述模具的外侧面向所述模具的内侧延伸；
加压构件，其用于对所述模具中的所述加工对象施加压力；以及
加热部，其用于加热所述模具中的所述加工对象。
2.如权利要求1所述的烧结机，其中，当所述加工对象被容纳于所述模具中时，所述孔在所述模具的高度方向上设置于不同于所述加工对象的容纳位置的位置处。
3.如权利要求1或2所述的烧结机，其中，
所述模具包括外部模具及内部模具，所述内部模具设置于所述外部模具中，所述内部模具用于界定所述加工对象的平面形状，并且
所述孔是从所述外部模具的外侧面至所述外部模具的内侧面而设置，所述外部模具的外侧面用作所述模具的外侧面。
4.如权利要求3所述的烧结机，其中，所述孔被设置为容许测量在所述内部模具的暴露于所述孔中的外侧面上的温度。
5.如权利要求3所述的烧结机，其还包括闭端管，所述闭端管在其一端处具有封闭端面，所述闭端管配合于所述孔中，使得所述封闭端面接触所述内部模具的外侧面。
6.如权利要求5所述的烧结机，其中，所述孔或所述闭端管的直径对深度的比率不小于1:10。
7.如权利要求5所述的烧结机，其中，所述闭端管由选自以下一组材料的材料制成，所述一组材料包括：氧化铝；氧化锆；氧化铪；由氧化铝、氧化锆及氧化铪的任意组合形成的复合材料；碳化硅；以及用氧化铝、氧化锆、氧化铪、所述复合材料或碳化硅涂覆或覆盖碳石墨所得的材料。
8.如权利要求1所述的烧结机，其中，所述加热部包括对所述模具的外侧面进行感应加热的高频感应线圈。
9.一种制造烧结体的方法，其中，所述方法容许加工对象容纳于模具中、并通过对所述模具中的所述加工对象施加压力及进行加热来烧结所述加工对象，所述方法包括：
测量在从所述模具的外侧面向所述模具的内侧延伸的孔的最内侧凹陷中的端面上的第一温度。
10.如权利要求9所述的制造烧结体的方法，其中，
所述模具包括外部模具及内部模具，所述内部模具设置于所述外部模具中，所述内部模具用于界定所述加工对象的平面形状，以及
所述孔是从所述外部模具的外侧面至所述外部模具的内侧面而设置，所述外部模具的外侧面用作所述模具的外侧面。
11.如权利要求10所述的制造烧结体的方法，其中，所述孔被设置成容许测量在所述内部模具的暴露于所述孔中的外侧面上的第一温度。
12.如权利要求10所述的制造烧结体的方法，其中，
在一端处具有封闭端面的闭端管配合于所述孔中，使得所述封闭端面接触所述内部模具的外侧面，以及
测量所述封闭端面上的温度以作为所述第一温度。
13.如权利要求9所述的制造烧结体的方法，还包括：
测量在用于对所述模具中的所述加工对象施加压力的加压构件的侧面上或在所述模具的顶面或底面上的第二温度；以及
基于所述第一温度及所述第二温度的测量结果来控制对所述加工对象所进行的所述压力的施加、所述加热、或所述压力的施加及所述加热两者。
14.如权利要求13所述的制造烧结体的方法，其还包括：在所述第一温度达到目标值之后，在所述第二温度饱和的状态下进行对所述加工对象追加施加压力、开始计算烧结时间，或者进行所述追加施加压力及所述开始计算烧结时间两者。
15.如权利要求9所述的制造烧结体的方法，其中，当所述加工对象被容纳于所述模具中时，所述孔设置于在所述模具的高度方向上不同于所述加工对象的容纳位置的位置处。
16.一种制造烧结体的方法，其中，所述方法容许加工对象容纳于模具中、并通过对所述模具中的所述加工对象施加压力及进行加热来烧结所述加工对象，所述方法包括：
准备第一传感器；以及
使用所述第一传感器测量在从所述模具的外侧面向所述模具的内侧延伸的孔的最内侧凹陷中的端面上的第一温度。
17.如权利要求16所述的制造烧结体的方法，其中，
所述模具包括外部模具及内部模具，所述内部模具设置于所述外部模具中，所述内部模具用于界定所述加工对象的平面形状，并且
所述孔是从所述外部模具的外侧面至所述外部模具的内侧面而设置，所述外部模具的外侧面用作所述模具的外侧面。
18.如权利要求17所述的制造烧结体的方法，其中，所述孔被设置成容许测量在所述内部模具的暴露于所述孔中的外侧面上的所述第一温度。
19.如权利要求17所述的制造烧结体的方法，其中，
在一端处具有封闭端面的闭端管配合于所述孔中，使得所述封闭端面接触所述内部模具的外侧面，以及
测量所述封闭端面上的温度以作为所述第一温度。
20.如权利要求16所述的制造烧结体的方法，其中，还包括：
准备第二传感器；
使用所述第二传感器测量在用于对所述模具中的所述加工对象施加压力的加压构件的侧面上或在所述模具的顶面或底面上的第二温度；以及
基于所述第一温度及所述第二温度的测量结果来控制对所述加工对象所进行的所述压力的施加、所述加热、或所述压力的施加及所述加热两者。
21.如权利要求20所述的制造烧结体的方法，还包括：在所述第一温度达到目标值之后，在所述第二温度饱和的状态下进行对所述加工对象追加施加压力、开始计算烧结时间，或者进行所述追加施加压力及所述开始计算烧结时间两者。
22.如权利要求16所述的制造烧结体的方法，其中，当所述加工对象被容纳于所述模具中时，所述孔设置于在所述模具的高度方向上不同于所述加工对象的容纳位置的位置处。
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