JP2014234525A - 通電焼結用型及び焼結体 - Google Patents
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キャビティの側面を構成し、モールド側面を有するモールドと、
前記キャビティの下面を構成し、前記モールド側面に沿って昇降する下型と、
前記キャビティの上面を構成し、前記モールド側面に沿って昇降する上型と、を含み、
金属粉末を前記キャビティに充填して通電及び加圧により焼結体を得る通電焼結用型であって、
前記モールド側面を被覆する絶縁膜と、
前記上型の下面を被覆する上型導電膜と、
前記下型の上面を被覆する下型導電膜と、を含み、
前記モールド、前記上型及び前記下型はいずれも金属材料からなることを特徴とするものである。
以下、図1を参照して第1実施形態にかかる焼結用型について説明する。図1は第1実施形態にかかる焼結用型の断面図を示す。
次に、第1実施形態にかかる焼結用型の使用方法について説明する。焼結用型1は、通電加圧焼結用装置に取り付けて使用する。通電加圧焼結用装置は、下型3及び上型4にそれぞれ接続される昇降手段など通電焼結を行うのに必要な手段を有する装置である。まず、焼結体の材料となる金属粉末をキャビティ6に充填し、これを下型3及び上型4により加圧しつつ、電源5から下型3及び上型4に電流を流して通電する。すると、電流は、絶縁膜22により、モールド2を介して上型4から下型3へ流れることを抑制される。その一方で、電流は、下型導電膜32及び上型導電膜42により誘導されて、キャビティ6に充填された金属粉末を介して上型4から下型3へ集中して流れる。この通電及び加圧により、ジュール熱が金属粉末に発生し、金属粉末が加熱される。この加熱により、金属粉末を材料として用いて焼結体を製造することができる。
次に、図2を参照して第2実施形態にかかる焼結用型について説明する。図2は第2実施形態にかかる焼結用型の断面図及び温度分布を示す。第2実施形態にかかる焼結用型は、第1実施形態にかかる焼結用型と比較して、下型及び上型のみを異にしており、他の部材については共通するため説明を省略する。また、第1実施形態の下型3及び上型4と共通する箇所には相当する符号を付することにより説明を簡略化する。なお、図2では、電源205を図示することを省略している。
次に、図3、図4及び図8を用いて、本発明の1つの実施例として金型鋼からなる焼結用型(金属型)と、比較例としての黒鉛からなる焼結用型(黒鉛型)を用いて通電焼結したときの実験について説明する。図3は、焼結用型における温度上昇を示す。図4は焼結用型を用いた際の電流値及び電圧値を示す。図8は、黒鉛型を用いた際の電流値及び電圧値を示す。
本発明の1つの実施例として金型鋼からなる焼結用型(金属型)では、全ての部材は焼結用型1と共通する。ただし、この焼結用型(金属型)の、モールド2、上型4及び下型3に対応する部材は金型鋼からなる。比較例としての黒鉛からなる焼結用型(黒鉛型)は、モールド2、上型4及び下型3に対応する部材が黒鉛からなることと、これら各部材の表面に下型導電膜32、上型導電膜42及び絶縁膜22を被覆する代わりにカーボンペーパーを設置していることを除き、他の部材は焼結用型1と共通する。金属型及び黒鉛型をそれぞれ用いて、焼結体の材料である鉄系粉末を、焼結するのに必要な温度、約1050℃に達するまで通電及び加圧を行って通電焼結した。通電及び加圧の際中において、焼結体の中心部とモールドの温度を計測しつつ、電流電圧値も計測した。
図3に示すように、黒鉛型を用いた場合、焼結体の中心部は、鉄系粉末を焼結するのに必要な温度である約1050℃に約16分間で到達している。一方、金属型を用いて通電焼結した場合、焼結体の中心部は、約11分間とより短時間で約1050℃まで到達している。さらに、金属型を用いて通電焼結した場合、焼結体の中心部は、モールドと比較して、速く温度上昇する。その一方で、黒鉛型を用いて通電焼結した場合、焼結体の中心部は、焼結用型と比較して、ほぼ変わらない速度で温度上昇する。これにより、金属型を用いて通電焼結した場合は、黒鉛型を用いて通電焼結した場合と比較して、電流をモールドではなく焼結体に集中して流すことができ、効率良く加熱できると考えられる。
次に、図5乃至図7を参照しつつ、第2実施形態にかかる焼結用型を用いて、焼結中の焼結体の各部位と焼結用型の温度を計測した実験について説明する。図5及び図6は、焼結用型を用いた際の温度変化を示す。図7は、焼結体の硬度分布を示す。
焼結用型として、絶縁膜焼結用型と、導電膜焼結用型とを用いて加熱実験2を行った。この絶縁膜焼結用型は、焼結用型201と全ての部材について共通している。つまり、この絶縁膜焼結用型の上型の下面、及び、下型の上面の中央近傍には、絶縁膜を有する。また、この導電膜焼結用型は、上型及び下型を導電膜により全面被覆したことを除いて、焼結用型201と他の全ての部材について共通する。この2つの焼結用型を用いて、通電焼結して、半径65mmの略円柱状の焼結体を製造した。通電焼結中では、焼結体の各部位の温度を測定した。また、この製造した焼結体の各部位の硬度を測定した。
図5に示すように、絶縁膜焼結用型を用いて通電焼結した場合、焼結体の周囲部は、焼結体の中心部と比較して、焼結開始から数分間まで高速で温度上昇するものの、時間の経過とともに徐々にその温度差を減じるように温度上昇する。さらに通電焼結を続けて、焼結するのに必要な温度に達するまで温度上昇させると、周囲部は中心部とほぼ同じ温度になった。これは、下型絶縁膜233及び上型絶縁膜243を絶縁膜焼結用型の上型及び下型の中心部に被覆することにより、焼結体の周囲部に電流を集中して流し、焼結体の中心部と比較してより多くのジュール熱を発生させて、均一に加熱できたと考えられる。
4、204 上型 5、205 電源 6、206 キャビティ
21 モールド側面 22 絶縁膜 31、231 上面
32、232 下型導電膜 233 下型絶縁膜 41、241 下面
42、242 上型導電膜 243 上型絶縁膜 234 凹部
Claims (4)
- キャビティの側面を構成し、モールド側面を有するモールドと、
前記キャビティの下面を構成し、前記モールド側面に沿って昇降する下型と、
前記キャビティの上面を構成し、前記モールド側面に沿って昇降する上型と、
前記下型及び前記上型にそれぞれ接続する電源と、を含み、
金属粉末を前記キャビティに充填して通電及び加圧することにより焼結体を得る通電焼結用型であって、
前記モールド側面を被覆する絶縁膜と、
前記上型の下面を被覆する上型導電膜と、
前記下型の上面を被覆する下型導電膜と、を含み、
前記モールド、前記上型及び前記下型はいずれも金属材料からなることを特徴とする通電焼結用型。 - さらに、前記上型の下面の一部を被覆する上型絶縁膜と、
前記下型の上面の一部を被覆する下型絶縁膜と、を含むことを特徴とする請求項1に記載される通電焼結用型。 - 前記上型導電膜及び前記下型導電膜は、TiAlN、又は、TiSiNからなる膜であることを特徴とする請求項1又は2に記載される通電焼結用型。
- 請求項1〜3のいずれか1つに記載される通電焼結用型を用いて製造される焼結体。
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| JP2017162861A (ja) * | 2016-03-07 | 2017-09-14 | 古河機械金属株式会社 | 熱電変換材料の製造方法 |
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2013
- 2013-05-31 JP JP2013115265A patent/JP5964783B2/ja active Active
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