CN107428027A - 热压装置和烧结体的制造方法 - Google Patents

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Abstract

热压装置设置有模具和用于对填充到模具的内部的试样进行加压的一对加压冲头，模具具有筒状的模、设置于模的内侧的筒状的外套筒以及设置于外套筒的内侧的筒状的内套筒。内套筒具有比外套筒低的刚性，并且内套筒在模具内部侧设置包含石墨的石墨片构件。外套筒的硬度优选地为30HSD以上。

Description

热压装置和烧结体的制造方法
技术领域
本发明涉及热压装置和烧结体的制造方法。
背景技术
已知如下的热压装置和烧结体的制造方法，热压装置包括在两端部开口的筒状的模具，烧结体的制造方法是利用该热压装置在压力下通过加热来对作为烧结体的原料的粉末材料进行烧结(参照专利文献1)。
在利用这种热压装置的烧结体的制造方法中，将粉末材料置于筒状的模具的内部，然后在利用置于模具内部的两端部处的一对加压冲头的压力下通过加热来进行烧结，从而制得烧结体。在烧结体的制造期间模具的外周部覆盖有筒状的支撑构件，使得模具不会由于加压冲头产生的压力而变形。支撑构件具有能够经受住压力的刚性，这防止了模具内部由于压力而向外侧膨胀。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2001-48659号公报
发明内容
发明要解决的问题
诸如碳化硅构件等的烧结体的大小(直径)近年来一直在增大。利用这种传统的热压装置的烧结体的制造方法具有如下问题：粉末沿着烧结体外周部的流动的中断、裂纹在模具内周部的产生以及烧结体和模具内部之间的脱模性差。这些问题限制了产量的提高。粉末沿着烧结体外周部的流动的中断或裂纹在模具内周部的产生会在烧结体外周部产生局部低密度区域，这可能导致制品不良的发生。
本发明的目的是提供热压装置和具有大小或直径增大了的烧结体的制造方法，同时防止制品不良的发生并且提高产量以有效地利用材料。
用于解决问题的方案
为了解决上述传统问题，本发明的实施方式具有如下方面：
(1)第一方面是热压装置，其包括：模具，其包括筒状的模、设置于所述模的内侧的筒状的外套筒和设置于所述外套筒的内侧的筒状的内套筒；以及一对加压冲头，其用于对填充到所述模具的内部的试样进行加压，所述内套筒的刚性比所述外套筒的刚性低，
所述内套筒在所述模具的内部侧设置有包含石墨的片。
(2)第二方面是根据第一方面的热压装置，其中，所述外套筒的硬度为30HSD以上。
(3)第三方面是烧结体的制造方法，所述制造方法通过使用根据第一或第二方面所述的热压装置来制造烧结体。
发明的效果
本发明的实施方式能够提供热压装置和烧结体的制造方法，能够防止制品不良的发生并且能够提高产量以有效地利用材料。
附图说明
图1是示出根据本实施方式的热压装置的示意图。
具体实施方式
下面将说明根据本发明的实施方式的热压装置和烧结体的制造方法。图1是示出根据本实施方式的热压装置的示意图。热压装置包括模具(mold)10以及用于对填充到模具10内部的试样11加压的一对加压冲头12和13，模具10包括：筒状的模(die)14；筒状的外套筒15，其设置于模14的内侧；和筒状的内套筒16，其设置于外套筒15的内侧。内套筒16具有比外套筒15低的刚性且在模具10的内部侧设置有包含石墨的石墨片构件21。外套筒15的硬度优选地为30HSD以上，更优选地为40HSD以上。根据本实施方式，石墨片构件21由石墨构成。
如本文所使用地，刚性表示相对于弯曲或扭转的尺寸变化(变形)的抵抗程度，由诸如杨氏模量或刚度等的弹性模量或硬度表示。
用于填充试样11的模具10在本实施方式中被设计成具有直径为300mm以上且高度为50mm以上的尺寸，以应对烧结体的大小或直径的增大。如本文所使用地，对于烧结体而言还将模具10的内部的“高度”称为厚度。
模具10的一端设置有载置台17，模具10安装于载置台17。虽然未在图1中示出，但是模具10包括用于对填充到模具10内部的试样11加热的加热单元。
置于模具10内部的两端部的加压冲头12和13在其加压面分别依次设置有间隔件18a和18b、粉末防漏片19a和19b以及石墨片构件20a和20b。优选地设置由石墨构成的石墨片构件20a和20b，以便提高热压之后的模具10和烧结体之间的脱模性。
根据本实施方式的热压装置以如下方式制造烧结体(例如碳化硅烧结体)：在模具10的内部填充试样11，在加压冲头12和13的压力下通过加热对试样11进行烧结。
使用在根据本实施方式的热压装置中的试样11可以是任意传统上已知的粉末材料(例如用于碳化硅烧结体的粉末材料)。根据本实施方式的热压装置中的加压和烧结的条件可以是任意传统上已知的条件。
模14优选地形成为具有300mm以上高度和30mm以上厚度的圆筒形状并且优选地由碳纤维增强碳复合材料形成。设置于模14的内侧的外套筒15和设置于外套筒15的内侧的内套筒16均具有如图1所示的单层结构，但是也可以均具有双层或多层结构。外套筒15和内套筒16优选地具有20mm以上的总厚度，并且均优选地为石墨构件。外套筒15和内套筒16优选地在所有层中在两个以上的位置处将圆筒分断开。
内套筒16具有比外套筒15低的刚性。外套筒15的硬度优选地为30HSD以上。内套筒16具有比外套筒15低的刚性能够防止内套筒16在待制得的具有增大了的大小或直径(例如直径为300mm以上且高度或厚度为50mm以上)的烧结体被反复地进行加压和烧结时开裂。防止内套筒16开裂防止了烧结体的材料进入裂纹进而产生阻碍烧结体成型的阻力的发生，从而防止了在产生于内套筒16的裂纹周围的烧结体外周部产生局部低密度区域。防止内套筒16开裂还防止了异物的混入和粉末材料(试样11)的损失。因此，根据本实施方式的热压装置能够防止在待制得的烧结体的大小或直径增大时制品不良的发生，并且能够提高产量以有效地利用材料。
内套筒16在模具10的内部侧设置有厚度为1mm以下的石墨片构件21，使得粉末材料与石墨片构件21而不是与内套筒16的内周面直接接触。石墨片构件21有助于烧结体外周部沿着模具10的内周面、即沿着石墨片构件21平滑地滑动，并且石墨片构件21改善了粉末的流动，从而即使在烧结体的大小或直径增大(例如直径为300mm以上且高度(厚度)为50mm以上)时也能更精确地防止在烧结体外周部产生局部低密度区域。石墨片构件21还便于烧结体在热压之后从模具10分离或释放。因此，能够防止制品不良的发生，并且能够提高产量以有效地利用材料。
粉末防漏片19a和19b均优选地具有如下结构：该结构包括均具有3mm以上厚度的至少一层碳纤维增强碳复合材料或碳毡构件。粉末防漏片19a和19b的直径优选地比模具10的内部的截面形状的直径大近似0mm至3mm或与模具10的内部的截面形状的直径相同。具有这种构造的粉末防漏片19a和19b在试样被加压冲头12和13加压时是平坦化成一定程度并展开的，从而充分地贴附模具10的内周面(内壁)以有效地防止粉末泄漏。因此，能够提高产量和改善待获得的烧结体的性能，并且能够防止构件(诸如模具的元件和加压冲头等的)产生污垢或变形。
根据本实施方式的烧结体的制造方法特别地是通过使用如上所述的根据本实施方式的热压装置来制造烧结体(例如碳化硅烧结体)的方法。
根据本实施方式的烧结体的制造方法可以遵循本申请的申请人递交的日本特开平10-67565号和日本特开平10-163079号中记载的借助于非金属助剂通过热压烧结来制造碳化硅烧结体的加压和烧结的条件。
实施例
下面参照实施例和比较例进一步说明热压装置。应当理解的是，本发明不限于这些示例。
(实施例1)
以如下方式获得如图1所示的实施例1的热压装置：将用于填充试样11的模具10的内径设定为300mm，并且为模14以及间隔件18a和18b使用碳纤维增强碳复合材料。利用本实施例的热压装置获得具有300mm直径和50mm高度(厚度)的碳化硅烧结体。反复的加压和烧结没有使得在实施例1中的内套筒16上产生裂纹。
(比较例1)
除了内套筒16具有与外套筒15大致相同的刚性并且不设置石墨片构件21之外，获得与实施例1的热压装置同样的比较例1的热压装置。以与实施例1相同的方式利用比较例1的热压装置获得具有相同的尺寸的碳化硅烧结体。反复的加压和烧结使得在比较例1中的内套筒16上产生了裂纹。
(比较例2)
除了不设置石墨片构件21之外，获得与实施例1的热压装置同样的比较例2的热压装置。以与实施例1相同的方式利用比较例2的热压装置获得具有相同的尺寸的碳化硅烧结体。反复的加压和烧结没有使得在比较例2中的内套筒16上产生裂纹。
表1总结了表示碳化硅烧结体的整体密度和局部密度(最小值(minimum值))的测量结果，并且还总结了在实施例1以及比较例1和2中获得的评价结果。
[表1]
如表1所示，实施例1的碳化硅烧结体具有比比较例1和2的碳化硅烧结体大的整体密度、具有比比较例1和2的碳化硅烧结体小得多的整体密度和局部密度之间的差并且优于比较例1和2的制品。相比于比较例1和2，实施例1的热压装置明显充分地防止了在烧结体外周部产生局部低密度区域。防止产生局部低密度区域源于因为石墨片构件21致使烧结体外周部沿着模具10的内周面的平滑滑动而改善了粉末沿着烧结体外周部的流动，并且源于防止了裂纹在内套筒16上的产生。烧结体外周部沿着模具10的内周面的平滑滑动还便于烧结体在热压之后从模具10分离或释放，从而进一步防止了制品不良。
比较例1中获得的碳化硅烧结体具有比实施例1和比较例2的碳化硅烧结体低的整体密度、具有比实施例1和比较例2的碳化硅烧结体大的整体密度和局部密度之间的差并且劣于实施例1和比较例2的制品。劣质是因为：在内套筒16上产生了裂纹并且烧结体的材料进入了内套筒16上的裂纹，这导致了阻碍烧结体成型的阻力的发生，进而在产生于于内套筒16的裂纹周围的烧结体外周部产生局部低密度区域。另外，因为没有在内套筒16的内周面设置石墨片构件21，所以没有改善粉末沿着烧结体外周部的流动，这也是在烧结体外周部产生局部低密度区域的原因。在内套筒16上产生的裂纹可能导致异物的混入和试样11(粉末材料)的损失，进而导致制品不良的发生。
比较例2中获得的碳化硅烧结体具有比比较例1的碳化硅烧结体高但比实施例1的碳化硅烧结体低的整体密度。比较例2中的整体密度和局部密度之间的差比比较例1中的小但是比实施例1中的大。因为没有在比较例2的内套筒16的内周面设置石墨片构件21，所以没有改善粉末沿着烧结体外周部的流动，这是在烧结体外周部产生局部低密度区域的原因。
如上所述，实施例1的热压装置具有如下构造：内套筒16具有比外套筒15低的刚性且在模具10的内部侧设置有石墨片构件21。该构造能够防止裂纹在内套筒16上的产生，并且能够确保烧结体外周部沿着模具10的内周面的平滑滑动。因此，实施例1的热压装置防止了当待制得的烧结体的大小或直径增大(直径为300mm，高度(厚度)为50mm)时，在烧结体外周部产生局部低密度区域。实施例1的热压装置还防止了异物的混入和试样11(粉末材料)的损失，并且便于在热压之后烧结体从模具10分离或释放。因此，即使在待制造的烧结体的大小或直径增大的情况下，实施例1的热压装置也能够防止制品不良的发生并且能够提高产量以有效地利用材料。
本申请要求于2015年3月18日递交的日本专利申请第2015-054346号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
产业上的可利用性
即使在待制造的烧结体的大小或直径增大的情况下，本发明也能够防止制品不良的发生并且能够提高产量以有效地利用材料。
附图标记说明
10 模具
11 试样
12、13 加压冲头
14 模
15 外套筒
16 内套筒
17 载置台
18a、18b 间隔件
19a、19b 粉末防漏片
20a、20b 石墨片构件
21 石墨片构件

Claims (3)

1.一种热压装置，其包括：
模具，其包括筒状的模、设置于所述模的内侧的筒状的外套筒和设置于所述外套筒的内侧的筒状的内套筒；以及
一对加压冲头，其用于对填充到所述模具的内部的试样进行加压，
所述内套筒的刚性比所述外套筒的刚性低，
所述内套筒在所述模具的内部侧设置有包含石墨的片。
2.根据权利要求1所述的热压装置，其特征在于，所述外套筒的硬度为30HSD以上。
3.一种烧结体的制造方法，所述制造方法通过使用权利要求1或2所述的热压装置来制造烧结体。
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