JP2019157227A - Fine particle sintering method and device - Google Patents

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JP2019157227A
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JP2018047386A
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宍田 佳謙
Yoshikane Shishida
佳謙 宍田
黒宮 孝雄
Takao Kuromiya
孝雄 黒宮
俊文 名木野
Toshibumi Nagino
俊文 名木野
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Abstract

To provide a fine particle sintering device for producing a sintered body in which contamination by impurities is extremely few, and to provide a fine particle sintering method using the device.SOLUTION: There is provided a fine particle sintering method for obtaining a sintered body (9) by heat compression of a compact (3) using the rolls (7a, 7b). The method is characterized in that rolls in which the coating layers (6) having the same material as the compact (3) are formed thereon are used as the rolls (7a, 7b), and the surface temperature of the compact (3) immediately before conveyance between the rolls (7a, 7b) is controlled to 600°C higher than that (550°C) of the coating layer (6) or about the same (550°C to less than 600°C). Thereby, the contact of the compact with a portion becoming an impurity contamination source at heat compression is eliminated to enable obtaining of the sintered body (9) extremely few in contamination by impurities.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、粉体を焼結する方法に関する。   The present invention relates to a method for sintering powder.

窯業製品、セラミックス、粉末冶金、サーメットなどを製造する工程では、セラミックスや金属の粉末の原材料を加圧成形した後、その粉末の融点以下の温度で熱処理することで焼結体が製造されている。焼結方法としては、常圧焼結法、ガス圧焼結法、ホットプレス法、熱間静水圧法(HIP)、通電加圧法、ミリ波法等がある。より緻密な焼結体を得るためには、ガス圧焼結法、ホットプレス法、熱間静水圧法、通電加圧法などで、粉末成形体を加圧状態で加熱することが有効である。   In the process of manufacturing ceramic products, ceramics, powder metallurgy, cermets, etc., sintered materials are manufactured by press-molding ceramic and metal powder raw materials and then heat-treating them at a temperature below the melting point of the powders. . As the sintering method, there are a normal pressure sintering method, a gas pressure sintering method, a hot press method, a hot isostatic pressing method (HIP), a current pressing method, a millimeter wave method, and the like. In order to obtain a denser sintered body, it is effective to heat the powder compact in a pressurized state by a gas pressure sintering method, a hot pressing method, a hot isostatic pressing method, an energization pressing method, or the like.

しかし、加圧状態での加熱では粉末成形体が接触する金型などからの不純物混入が懸念される。特に得られた焼結体を電子部品の一部に用いる場合は微量の不純物が混入しても製品性の劣化を及ぼすことがある。例えば絶縁部品への導電性元素の混入や電池材料への金属混入などがこれにあたる。   However, when heated in a pressurized state, there is a concern about impurity contamination from a mold or the like with which the powder compact comes into contact. In particular, when the obtained sintered body is used for a part of an electronic component, the product quality may be deteriorated even if a trace amount of impurities is mixed. This includes, for example, the mixing of conductive elements into insulating parts and the mixing of metals into battery materials.

これに対し、例えば、特許文献1では窒素珪素質焼結体を得るために焼結助剤粉末などが塗布された成形型を用いており、成形型の材料由来の不純物混入が避けられている。また、特許文献2ではプレスロール表面部にプレスする材料と同じ元素を付着させることで特許文献1と同様にプレスロールの材料由来の不純物混入が避けられている。   On the other hand, for example, Patent Document 1 uses a molding die to which a sintering aid powder or the like is applied in order to obtain a nitrogen-silicon-based sintered body, and contamination from impurities derived from the material of the molding die is avoided. . Moreover, in patent document 2, the same element as the material to press is made to adhere to the press roll surface part, and the contamination derived from the material of a press roll is avoided similarly to patent document 1. FIG.

特許3981482号公報Japanese Patent No. 3981482 特開2016−59870号公報JP-A-2006-59870

しかしながら、特許文献1では焼結助剤粉末に窒素珪素質焼結体の原料粉末に含まれない元素を用いており、別の不純物混入が懸念される。   However, in Patent Document 1, an element that is not included in the raw material powder of the nitrogen-silicon sintered body is used for the sintering aid powder, and there is a concern that another impurity may be mixed.

粉体焼結装置ではなくて、被塗膜物の帯状体を連続走行させながら塗料を塗布する塗布装置が特許文献2に開示されている。これは、前記塗料を供給するプレスロールの表面が塗料との摩擦で摩耗しないように、前記プレスロールの表面に前記塗料の膜が残留するようにしたものであって、高粘度の塗料を常温でプレスロールに付着させているが、粉体焼結装置に転用して高温で同様のことを行うとプレスロールに施した塗膜のひび割れや剥がれの発生することが考えられる。さらに転写量が場所によって不均一なプレスロールへの材料の転写が発生し、材料を焼結させるときのプレス圧にばらつきが生じることで焼結度合いがばらついたり、プレスロール表面から剥がれた塗膜が製品に付着することでプレスロールからの不純物混入が生じたりするなど、製品の均一性が損なわれる可能性も考えられる。   Instead of a powder sintering apparatus, Patent Document 2 discloses an application apparatus that applies a paint while continuously running a belt-like body of an object to be coated. This is such that the film of the paint remains on the surface of the press roll so that the surface of the press roll supplying the paint does not wear due to friction with the paint. However, if the same thing is performed at high temperature by diverting to a powder sintering apparatus, it is considered that the coating film applied to the press roll is cracked or peeled off. In addition, the transfer of the material to the press roll is uneven depending on the location, and the degree of sintering varies due to variations in the press pressure when sintering the material, or the coating film peels off from the press roll surface There is also a possibility that the uniformity of the product may be impaired, for example, contamination of the product from the press roll due to adhering to the product.

本発明は、焼結処理中に製品に接触する部分からの不純物混入を回避でき、かつ焼結度合いの均一性を損なわない粉体焼結方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a powder sintering method capable of avoiding contamination from a portion in contact with a product during the sintering process and not impairing the uniformity of the degree of sintering.

上記目的を達成するために、本発明の粉体焼結方法は、ロールによって成形体を加熱圧縮する粉体焼結方法であって、前記ロールとして、前記成形体と同じ材質のコーティング層を表面に形成したものを使用し、前記ロールに搬入される直前の前記成形体の表面温度を、前記コーティング層の温度に比べ高いあるいは略同じに調節する、ことを特徴とする。   In order to achieve the above object, the powder sintering method of the present invention is a powder sintering method in which a compact is heated and compressed by a roll, and the coating layer made of the same material as the compact is surfaced as the roll. The surface temperature of the molded body immediately before being carried into the roll is adjusted to be higher or substantially the same as the temperature of the coating layer.

また前記粉体焼結方法において、前記ロールの表面で前記コーティング層の下地の凹凸の高さが0.05μm以上1.0μm以下であることが、より好ましい。   In the powder sintering method, it is more preferable that the height of the unevenness of the base of the coating layer on the surface of the roll is 0.05 μm or more and 1.0 μm or less.

本発明の粉体焼結装置は、ロールによって成形体を加熱圧縮する粉体焼結装置であって、前記成形体と同じ材料のコーティング層を表面に形成したロールと、前記ロールに搬入される前の前記成形体の表面温度を、前記コーティング層の温度に比べ高いあるいは略同じに調節する予備加熱ユニットを設けた、ことを特徴とする。   The powder sintering apparatus of the present invention is a powder sintering apparatus that heat-compresses a molded body with a roll, and a roll having a coating layer of the same material as the molded body formed on the surface thereof, and is carried into the roll. A preheating unit for adjusting the surface temperature of the previous molded body to be higher or substantially the same as the temperature of the coating layer is provided.

また本発明の粉体焼結装置は、原材料を加熱圧縮することで焼結体を製造する粉体焼結装置であって、前記原材料を供給するフィーダーユニットと、前記原材料を一定の大きさの成形体に形づくる成形ユニットと、前記成形体を加熱圧縮する前に所定の温度に加熱するための予備加熱ユニットと、表面に凹凸を有するロールの表面に前記原材料と同じ材質のコーティング層が施され搬入された前記成形体を加熱・加圧して焼結体を製造する加熱圧縮ユニットと、前記成形体を前記成形ユニットから前記予備加熱ユニットおよび前記加熱圧縮ユニットまで搬送する搬送ユニットと、前記予備加熱ユニットの温度を制御する第1制御ユニットと、前記加熱圧縮ユニットの温度及び加圧力を制御する第2制御ユニットとを設けた、ことを特徴とする。   The powder sintering apparatus of the present invention is a powder sintering apparatus for producing a sintered body by heat-compressing raw materials, the feeder unit supplying the raw materials, and the raw materials having a certain size. A molding unit formed into a molded body, a preheating unit for heating the molded body to a predetermined temperature before heating and compressing the molded body, and a coating layer made of the same material as the raw material is applied to the surface of a roll having irregularities on the surface. A heating / compression unit for producing a sintered body by heating and pressing the carried molded body, a transport unit for transporting the molded body from the molding unit to the preliminary heating unit and the thermal compression unit, and the preliminary heating A first control unit for controlling the temperature of the unit and a second control unit for controlling the temperature and pressure of the heating / compression unit are provided.

また前記粉体焼結装置において、前記予備加熱ユニットによって加熱された前記成形体の表面温度が、前記コーティング層の温度に比べ高いあるいは略同じであることが、より好ましい。   In the powder sintering apparatus, it is more preferable that the surface temperature of the formed body heated by the preheating unit is higher or substantially the same as the temperature of the coating layer.

また前記粉体焼結装置において、前記ロールの表面で前記コーティング層の下地の凹凸の高さが0.05μm以上1.0μm以下であることが、より好ましい。   Moreover, in the powder sintering apparatus, it is more preferable that the height of the unevenness of the base of the coating layer on the surface of the roll is 0.05 μm or more and 1.0 μm or less.

本発明の粉体焼結方法によれば、ロールとして成形体と同じ材質のコーティング層を表面に形成したものを使用するとともに、ロールに搬入される前の成形体の表面温度を、予備加熱ユニットによってコーティング層の温度に比べ高いあるいは略同じに調節するので、高温・高圧の加熱圧縮を施しても粉体焼結装置からの不純物の混入が無く、焼結度合いのばらつきが少ない焼結体を得ることが可能となる。   According to the powder sintering method of the present invention, a roll having a surface formed with a coating layer of the same material as the molded body is used, and the surface temperature of the molded body before being carried into the roll is set as a preheating unit. The temperature of the coating layer is adjusted to be higher or substantially the same as the temperature of the coating layer, so even if high temperature and high pressure heat compression is applied, there is no contamination from the powder sintering equipment and there is little variation in the degree of sintering. Can be obtained.

本発明の粉体焼結方法を実行する粉体焼結装置の構成図Configuration diagram of a powder sintering apparatus for executing the powder sintering method of the present invention 同実施の形態の(a)ロールの断面図と(b)その運転初期の要部の拡大図(A) Cross-sectional view of the roll and (b) Enlarged view of the main part in the initial operation

以下、本発明の粉体焼結方法を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, the powder sintering method of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は本発明の粉体焼結方法を実行する粉体焼結装置を示す。   FIG. 1 shows a powder sintering apparatus for executing the powder sintering method of the present invention.

この装置は、原材料1を供給するフィーダーユニット2と、フィーダーユニット2によって供給された原材料1を一定の大きさの成形体3に形づくる成形ユニット4と、成形体3を加熱圧縮する前に所定の温度に加熱するための予備加熱ユニット5と、予備加熱ユニット5で処理された成形体3を加熱加圧することで焼結体9を製造する加熱圧縮ユニット10と、成形体3を成形ユニット4から予備加熱ユニット5および加熱圧縮ユニット10まで搬送する搬送ユニット11と、予備加熱ユニット5の温度を制御する第1制御ユニット12と、加熱圧縮ユニット10の温度及び加圧力を制御する第2制御ユニット13とを有している。   This apparatus includes a feeder unit 2 for supplying the raw material 1, a molding unit 4 for forming the raw material 1 supplied by the feeder unit 2 into a molded body 3 of a certain size, and a predetermined unit before the molded body 3 is heated and compressed. A preheating unit 5 for heating to a temperature, a heat compression unit 10 for producing a sintered body 9 by heating and pressurizing the molded body 3 treated by the preheating unit 5, and the molded body 3 from the molding unit 4. A transport unit 11 that transports the preheating unit 5 and the heating / compression unit 10, a first control unit 12 that controls the temperature of the preheating unit 5, and a second control unit 13 that controls the temperature and pressure of the heating / compression unit 10. And have.

フィーダーユニット2は、ホッパー2aとスクリューフィーダー2bからなる。   The feeder unit 2 includes a hopper 2a and a screw feeder 2b.

成形ユニット4は、Φ300mmの加圧ローラー4a,4bとローラーカッター4cから成る。   The molding unit 4 includes pressure rollers 4a and 4b having a diameter of 300 mm and a roller cutter 4c.

予備加熱ユニット5は、ヒーターによって加熱する加熱炉で加熱温度や時間は第1制御ユニット12によって制御されている。予備加熱ユニット5の処理温度は原材料1の融点以下に設定されている。   The preheating unit 5 is a heating furnace heated by a heater, and the heating temperature and time are controlled by the first control unit 12. The processing temperature of the preheating unit 5 is set to be equal to or lower than the melting point of the raw material 1.

加熱圧縮ユニット10は、それぞれヒーター8を内蔵するとともに、図2(a)(b)に示すように周面に凹凸14が形成された一対のロール7a,7bを有している。ロール7a,7bの表面はコーティング層6によって覆われている。コーティング層6の材質は、原材料1と同じ材質である。加熱圧縮ユニット10による加熱圧縮の温度、圧力およびそれぞれの時間は第2制御ユニット13によって制御されている。   The heating / compression unit 10 includes a heater 8 and a pair of rolls 7a and 7b each having a concavo-convex 14 formed on the peripheral surface thereof as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b). The surfaces of the rolls 7 a and 7 b are covered with the coating layer 6. The material of the coating layer 6 is the same material as the raw material 1. The temperature and pressure of the heat compression by the heat compression unit 10 and the respective times are controlled by the second control unit 13.

予備加熱ユニット5の処理温度と加熱圧縮ユニット10の処理温度は、加熱圧縮ユニット10のロール7a,7bに搬入される直前の成形体3の表面温度が、コーティング層6の温度に比べ高いあるいは略同じに調節されている。成形体3の表面温度が略同じとはコーティング層6の温度未満で、コーティング層6の温度付近の温度である。後述の実施例において具体的な設定温度を挙げて詳しく説明する。   The processing temperature of the preheating unit 5 and the processing temperature of the heating and compression unit 10 are such that the surface temperature of the molded body 3 immediately before being carried into the rolls 7 a and 7 b of the heating and compression unit 10 is higher or substantially lower than the temperature of the coating layer 6. It is adjusted to the same. The surface temperature of the molded body 3 is substantially the same as the temperature below the temperature of the coating layer 6 and near the temperature of the coating layer 6. In the examples described later, detailed description will be given with specific set temperatures.

なお、生産直後の粉体焼結装置の加熱圧縮ユニット10は、例えば図2(b)に示すように凹凸14の頂点14aの一部を残してコーティング層6によって覆われている。頂点14aは、運転開始後の試運転時などに成形体3から剥がれ落ちたコーティング層6の材料によって更にコーティングされて、凹凸14の全部が露出しない状態になる。   In addition, the heating compression unit 10 of the powder sintering apparatus immediately after production is covered with the coating layer 6 leaving a part of the apex 14a of the unevenness 14 as shown in FIG. 2B, for example. The apex 14a is further coated with the material of the coating layer 6 that has been peeled off from the molded body 3 during a trial run after the start of operation, and the entire unevenness 14 is not exposed.

加熱圧縮ユニット10の詳細な構成を、粉体焼結工程に基づいて説明する。   A detailed configuration of the heat compression unit 10 will be described based on a powder sintering process.

フィーダーユニット2に投入された原材料1は、単位時間当たり一定の体積で成形ユニット4へ送られる。成形ユニット4では原材料1を押し固めることで一定の形状であり、搬送ユニット11で搬送しても崩れない強度を持つ成形体3を成形する。成形体3は搬送ユニット11によって予備加熱ユニット5に運ばれ所定の温度まで加熱される。予備加熱ユニット5の所定の温度は、原材料1の融点未満の温度である。   The raw material 1 put into the feeder unit 2 is sent to the molding unit 4 at a constant volume per unit time. In the molding unit 4, the raw material 1 is pressed and hardened to form a molded body 3 that has a certain shape and has a strength that does not collapse even when transported by the transport unit 11. The molded body 3 is transported to the preheating unit 5 by the transport unit 11 and heated to a predetermined temperature. The predetermined temperature of the preheating unit 5 is a temperature lower than the melting point of the raw material 1.

加熱された成形体3は、搬送ユニット11によって加熱圧縮ユニット10まで運ばれる。成形体3は加熱圧縮ユニット10によって所定の温度に加熱されながらロール7a,7bによって所定の荷重を与えられることで焼結反応が生じ、焼結体9となる。   The heated molded body 3 is carried to the heating and compression unit 10 by the transport unit 11. When the compact 3 is heated to a predetermined temperature by the heating and compression unit 10 and given a predetermined load by the rolls 7 a and 7 b, a sintering reaction occurs and becomes a sintered body 9.

ロール7a,7bの凹凸14は、高さ0.05μm以上1.0μm以下で、このロール7a,7bに原材料1を焼結コーティングしたものである。成形体3を用いて所定の温度・荷重で数回加熱圧縮処理することで表面に原材料1を転写させ、焼結させた状態でコーティング層6を施している。   The irregularities 14 of the rolls 7a and 7b are 0.05 μm or more and 1.0 μm or less in height, and the rolls 7a and 7b are formed by sintering coating the raw material 1. The coating material 6 is applied in a state in which the raw material 1 is transferred to the surface by being heat-compressed several times at a predetermined temperature and load using the molded body 3 and sintered.

なお、凹凸14の高さが0.05μm未満ではコーティング層6を付着させるアンカー効果が小さすぎ、1.0μmより大きいと加熱圧縮時の局所的な圧力ばらつきが大きくなるため焼結体9の密度ばらつきが顕著となる。   If the height of the unevenness 14 is less than 0.05 μm, the anchor effect for attaching the coating layer 6 is too small, and if it is greater than 1.0 μm, the local pressure variation during heating and compression increases, so the density of the sintered body 9 The variation becomes remarkable.

このようにしてロール7a,7bに施されているコーティング層6は、加熱圧縮時に原材料1の付着・焼結および焼結した膜の剥離を繰り返しており、この一連の振る舞いに予備加熱ユニット5による加熱工程および加熱圧縮ユニット10による高温高圧プレス工程が大きくかかわっている。   In this way, the coating layer 6 applied to the rolls 7a and 7b repeats adhesion / sintering of the raw material 1 and peeling of the sintered film at the time of heat compression, and this series of behaviors is caused by the preheating unit 5. The heating process and the high-temperature and high-pressure pressing process by the heating compression unit 10 are greatly involved.

焼結に用いられるような高温高圧プレス工程では、コーティング層6は処理が進むにつれて結晶化が促進されるため、硬度は高いが柔軟性が損なわれ脆弱な状態となる。このため加熱圧縮ユニット10による高圧プレスによりコーティング層6中にクラックが多数発生する。成形体3からの転写でコーティング層6が厚くなると一定厚を超えたあたりからクラックを起点に剥離し、一部は焼結体9に取り込まれる。   In the high-temperature and high-pressure press process used for sintering, since the crystallization of the coating layer 6 is promoted as the processing proceeds, the coating layer 6 is in a fragile state because the hardness is high but the flexibility is impaired. For this reason, a large number of cracks are generated in the coating layer 6 by the high-pressure press by the heat compression unit 10. When the coating layer 6 becomes thicker due to the transfer from the molded body 3, it peels off from the crack starting from the point where it exceeds a certain thickness, and a part is taken into the sintered body 9.

この剥離の際には、予備加熱ユニット5によって加熱されて加熱圧縮ユニット10に搬入された成形体3の表面温度と加熱圧縮ユニット10のコーティング層6の表面温度が同じまたは略同じ場合は、ロール7a,7bの表面に施されている凹凸14によるアンカー効果により凹部を満たす程度の膜厚を残して僅かなコーティング層6だけが剥離する。したがって、凹凸14の凹部に付着してロール7a,7bに残る分のコーティング層6が焼結体9に取り込まれることがないため、焼結体9への不純物混入を抑制することができる。   In the case of this peeling, when the surface temperature of the molded body 3 heated by the preheating unit 5 and carried into the heat compression unit 10 and the surface temperature of the coating layer 6 of the heat compression unit 10 are the same or substantially the same, Only a small amount of the coating layer 6 is peeled off, leaving a film thickness sufficient to fill the recess due to the anchor effect of the irregularities 14 formed on the surfaces of 7a and 7b. Therefore, the coating layer 6 that remains on the rolls 7a and 7b after adhering to the recesses of the projections and depressions 14 is not taken into the sintered body 9, so that contamination of the sintered body 9 with impurities can be suppressed.

成形体3の表面温度がコーティング層6の表面温度より高い場合は、接触後の成形体3からコーティング層6へ熱を与えながら原材料1がロール7a,7bの側に付着するので、この界面近傍のコーティング層6の結晶化が促進され、この界面近傍がクラック発生源になりやすい。したがって、成形体3の表面温度とコーティング層6の表面温度がほぼ同等の場合と同様に、焼結体9への不純物混入を抑制することができる。更に、成形体3の表面温度とコーティング層6の表面温度がほぼ同等の場合に比べコーティング層6のクラック発生源の位置のばらつきが小さくなり、加熱圧縮時の局所的な圧力ばらつきが小さくなるため焼結体9の密度ばらつきが低減される。   When the surface temperature of the molded body 3 is higher than the surface temperature of the coating layer 6, the raw material 1 adheres to the rolls 7 a and 7 b side while applying heat from the molded body 3 after contact to the coating layer 6. The crystallization of the coating layer 6 is promoted, and the vicinity of this interface tends to be a crack generation source. Therefore, as in the case where the surface temperature of the molded body 3 and the surface temperature of the coating layer 6 are substantially equal, it is possible to suppress contamination of impurities into the sintered body 9. Further, since the variation in the position of the crack generation source in the coating layer 6 is smaller than in the case where the surface temperature of the molded body 3 and the surface temperature of the coating layer 6 are substantially equal, the local pressure variation during heating and compression is reduced. Density variation of the sintered body 9 is reduced.

逆に、コーティング層6と接触する直前の成形体3の表面温度がコーティング層6の表面温度より低い場合は、接触後の成形体3がコーティング層6から熱を奪うことになる。この際、コーティング層6に収縮が生じ、コーティング層6とロール7a,7bの界面に空隙が生じる。この空隙を起因として大きく剥離した場合には、剥離したコーティング層6が焼結体9に取り込まれ、ロール7a,7bに触れていた部分に付着していた金属不純物が混入する。このため不純物混入を十分に抑制することができない。   On the other hand, when the surface temperature of the molded body 3 immediately before contacting the coating layer 6 is lower than the surface temperature of the coating layer 6, the molded body 3 after contact takes heat from the coating layer 6. At this time, the coating layer 6 is contracted, and a gap is generated at the interface between the coating layer 6 and the rolls 7a and 7b. In the case of significant separation due to this void, the separated coating layer 6 is taken into the sintered body 9, and metal impurities adhering to the portions that have been in contact with the rolls 7a and 7b are mixed. For this reason, mixing of impurities cannot be sufficiently suppressed.

このような理由によって、コーティング層6と接触する直前の成形体3の表面温度は、予備加熱ユニット5と第1制御ユニット12によってコーティング層6の温度に比べ高いあるいは略同じに調節されている。   For this reason, the surface temperature of the molded body 3 immediately before coming into contact with the coating layer 6 is adjusted to be higher or substantially the same as the temperature of the coating layer 6 by the preheating unit 5 and the first control unit 12.

− 実施例 −
シリコン酸化物を主材料とする原材料1の粉体の焼結を例として説明する。
− Examples −
An example of sintering powder of the raw material 1 containing silicon oxide as a main material will be described.

なお、この実施例では原材料1としては融点1030℃の材料を焼結する場合を例に挙げて説明する。   In this embodiment, the raw material 1 will be described by taking as an example a case where a material having a melting point of 1030 ° C. is sintered.

この装置は、加圧ローラー4a,4bがΦ300mmのローラーで構成されている。予備加熱ユニット5は、赤外線ヒーターによって加熱する加熱炉である。熱圧縮ユニット10は、Φ300mmのロール7a,7bに原材料1と同じ材質のコーティング層6が施してあり、ロール7a,7bの内部にヒーター8として赤外線ヒーターを設置しているものを使用した。加熱圧縮ユニット10はロール7a,7bによって成形体3に加熱・加圧することで焼結体9を製造するホットロールプレス装置である。凹凸14は高さ0.05μm以上1.0μm以下である。凹凸14はロール7a,7bの全面に均一に形成されている。凹凸14の高さの数値は、ステンレス鋼板で成形体3を挟みロールで加熱・加圧した際のアンカー効果および凹凸14の変化の実験から決定している。凹凸14の高さが0.05μmでは材料がステンレス鋼板に付着したが、これより高さが低いと材料の付着がなかった。ブラスト加工や酸加工で凹凸14の高さが1.0μmを超えたもの、例えば約1.5μmは、加圧後に凹凸14の頂点14aが小さくなり、SEM観察から凸部頂点が消失したように見られた。1.0μmは凹凸14の頂点14aが残った。凹凸14のアスペクト比は2以上5未満であった。   In this apparatus, the pressure rollers 4a and 4b are constituted by rollers having a diameter of 300 mm. The preheating unit 5 is a heating furnace that is heated by an infrared heater. The thermal compression unit 10 used was a coating layer 6 made of the same material as the raw material 1 on Φ300 mm rolls 7a and 7b, and an infrared heater was installed as the heater 8 inside the rolls 7a and 7b. The heat compression unit 10 is a hot roll press device that manufactures the sintered body 9 by heating and pressurizing the molded body 3 with the rolls 7a and 7b. The unevenness 14 has a height of 0.05 μm or more and 1.0 μm or less. The unevenness 14 is uniformly formed on the entire surface of the rolls 7a and 7b. The numerical value of the height of the unevenness 14 is determined from an experiment of the anchor effect and the change of the unevenness 14 when the formed body 3 is sandwiched between stainless steel plates and heated and pressed with a roll. When the height of the irregularities 14 was 0.05 μm, the material adhered to the stainless steel plate, but when the height was lower than this, the material did not adhere. When the height of the unevenness 14 exceeds 1.0 μm by blasting or acid processing, for example, about 1.5 μm, the apex 14a of the unevenness 14 becomes small after pressing, and the apex of the convex portion disappears from SEM observation. It was seen. In 1.0 μm, the apex 14a of the unevenness 14 remained. The aspect ratio of the irregularities 14 was 2 or more and less than 5.

なお、ロール7a,7bの表面はタングステン系のハイス鋼でできており、その他のユニットで原材料1,成形体3および焼結体9が触れる部分にはステンレス鋼SUS316を使用した。   Note that the surfaces of the rolls 7a and 7b are made of tungsten-based high-speed steel, and stainless steel SUS316 is used in the portions where the raw material 1, the molded body 3 and the sintered body 9 are in contact with other units.

この装置を用いた粉体焼結工程を比較例と比べて詳細に説明する。   The powder sintering process using this apparatus will be described in detail in comparison with a comparative example.

フィーダーユニット2のホッパー2aに投入された融点1030℃の原材料1は、スクリューフィーダー2bによって約600cm/minの速度で、成形ユニット4の加圧ローラー4a,4bへ送られる。加圧ローラー4a,4bはローラー間ギャップ4mm、荷重10トン、周速1m/minで原材料1を押し固め、これをローラーカッター4cでカットすることで厚さ約4mm、幅約100mm長さ約100mmの成形体3を成形する。 The raw material 1 having a melting point of 1030 ° C. charged into the hopper 2a of the feeder unit 2 is sent to the pressure rollers 4a and 4b of the molding unit 4 by the screw feeder 2b at a speed of about 600 cm 3 / min. The pressure rollers 4a and 4b press and harden the raw material 1 at a gap of 4 mm between the rollers, a load of 10 tons, and a peripheral speed of 1 m / min, and are cut with a roller cutter 4c to have a thickness of about 4 mm, a width of about 100 mm, and a length of about 100 mm. The molded body 3 is molded.

成形体3は搬送ユニット11によって予備加熱ユニット5に運ばれ60秒間の処理により温度600℃まで加熱される。加熱された成形体3は、更に搬送ユニット11によって加熱圧縮ユニット10まで運ばれる。   The molded body 3 is transported to the preheating unit 5 by the transport unit 11 and heated to a temperature of 600 ° C. by processing for 60 seconds. The heated molded body 3 is further transported to the heat compression unit 10 by the transport unit 11.

加熱圧縮ユニット10に搬入される直前の成形体3の温度600℃の場合、加熱圧縮ユニット10は、ロール7a,7bのロール間ギャップ2mm、荷重30トン、周速4m/min、600℃と略同じと見なせる550℃のロール温度条件で成形体3を加熱圧縮することで焼結体9を生産する。   When the temperature of the molded body 3 immediately before being carried into the heat compression unit 10 is 600 ° C., the heat compression unit 10 has a gap between the rolls 7a and 7b of 2 mm, a load of 30 tons, a peripheral speed of 4 m / min, and approximately 600 ° C. A sintered body 9 is produced by heating and compressing the molded body 3 under a roll temperature condition of 550 ° C. that can be regarded as the same.

この焼結体9を、高周波誘導結合プラズマ(ICP)を光源とするICP発光分光法によって測定した結果を、実施例の金属不純物測定結果として下記の表1に示す。   The result of measuring this sintered body 9 by ICP emission spectroscopy using a high frequency inductively coupled plasma (ICP) as a light source is shown in the following Table 1 as metal impurity measurement results of the examples.

なお、上記実施例における予備加熱ユニット5の処理温度を25℃、加熱圧縮ユニット10のロール7a,7bをコーティング層6が施されていないロールとした場合を比較例1として、同様に焼結体9の金属不純物測定結果を測定した。   In addition, the case where the processing temperature of the preheating unit 5 in the above embodiment is 25 ° C. and the rolls 7a and 7b of the heating and compression unit 10 are rolls to which the coating layer 6 is not applied is referred to as Comparative Example 1, and similarly a sintered body. Nine metal impurity measurement results were measured.

さらに、上記実施例における予備加熱ユニット5の処理温度を25℃に変更した場合を比較例2として、同様に焼結体9の金属不純物測定結果を測定した。   Furthermore, the case where the processing temperature of the preheating unit 5 in the above embodiment was changed to 25 ° C. was set as Comparative Example 2, and the metal impurity measurement result of the sintered body 9 was measured in the same manner.

なお、比較例1,2における、予備加熱ユニット5の処理温度25℃は、加熱圧縮ユニット10の処理温度550℃に比べて十分に低い温度である。   Note that the treatment temperature 25 ° C. of the preheating unit 5 in Comparative Examples 1 and 2 is sufficiently lower than the treatment temperature 550 ° C. of the heat compression unit 10.

Figure 2019157227
Figure 2019157227

この結果からわかるように、実施例では原材料1の粉とほとんど変わらない金属不純物量となっている。一方、比較例1と比較例2では特に鉄の不純物の増加がみられる。   As can be seen from this result, in the examples, the amount of metal impurities is almost the same as that of the raw material 1 powder. On the other hand, in Comparative Example 1 and Comparative Example 2, an increase in iron impurities is particularly observed.

なお、本実施例に示す装置の構成や処理条件は一例であり本実施例によって限定されるものではない。   The configuration and processing conditions of the apparatus shown in this embodiment are merely examples, and are not limited by this embodiment.

このように本発明の装置を用いた粉体焼結方法により金属不純物の混入を抑制した焼結体9を得ることが可能となる。
なお、実施例では加熱圧縮ユニット10の処理温度を550℃に設定した場合、予備加熱ユニット5の処理温度を550℃よりも高い600℃に設定した場合を説明したが、加熱圧縮ユニット10のロール7a,7bに搬入される直前の成形体3の表面温度を、予備加熱ユニット5によってコーティング層6の温度と同じに調節する、具体的には、予備加熱ユニット5によって成形体3の原材料1の融点以下の600℃に加熱した後に、600℃の処理温度の加熱圧縮ユニット10によって処理しても、比較例1,比較例2に比べて金属不純物の混入を抑制した焼結体9を得ることができた。
Thus, it becomes possible to obtain the sintered body 9 in which mixing of metal impurities is suppressed by the powder sintering method using the apparatus of the present invention.
In addition, although the Example demonstrated the case where the processing temperature of the heating compression unit 10 was set to 550 degreeC, and the processing temperature of the preheating unit 5 was set to 600 degreeC higher than 550 degreeC, the roll of the heating compression unit 10 was demonstrated. The surface temperature of the molded body 3 immediately before being carried into 7a, 7b is adjusted to be the same as the temperature of the coating layer 6 by the preheating unit 5, specifically, the raw material 1 of the molded body 3 of the molded body 3 is adjusted by the preheating unit 5. Even if it heats to 600 degreeC below melting | fusing point, even if it processes by the heating compression unit 10 of the process temperature of 600 degreeC, compared with the comparative example 1 and the comparative example 2, the sintered compact 9 which suppressed mixing of a metal impurity is obtained. I was able to.

本発明の粉体焼結方法は、粉末の原材料を加圧成形した後に、その粉末の融点以下の温度で熱処理した焼結体を必要とする各種工業製品の高性能化に寄与する。特に、絶縁部品や電池材料の高性能化に有効である。   The powder sintering method of the present invention contributes to improving the performance of various industrial products that require a sintered body that is heat-treated at a temperature lower than the melting point of the powder after the powder raw material is pressed. In particular, it is effective for improving the performance of insulating parts and battery materials.

1 原材料
2 フィーダーユニット
2a ホッパー
2b スクリューフィーダー
3 成形体
4 成形ユニット
4a,4b 加圧ローラー
4c ローラーカッター
5 予備加熱ユニット
6 コーティング層
7a,7b ロール
8 ヒーター
9 焼結体
10 加熱圧縮ユニット
11 搬送ユニット
12 第1制御ユニット
13 第2制御ユニット
14 凹凸
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Raw material 2 Feeder unit 2a Hopper 2b Screw feeder 3 Molded body 4 Molding unit 4a, 4b Pressure roller 4c Roller cutter 5 Preheating unit 6 Coating layer 7a, 7b Roll 8 Heater 9 Sintered body 10 Heat compression unit 11 Conveyance unit 12 1st control unit 13 2nd control unit 14 Unevenness

Claims (6)

ロールによって成形体を加熱圧縮する粉体焼結方法であって、
前記ロールとして、前記成形体と同じ材質のコーティング層を表面に形成したものを使用し、
前記ロールに搬入される直前の前記成形体の表面温度を、前記コーティング層の温度に比べ高いあるいは略同じに調節する、粉体焼結方法。
A powder sintering method in which a compact is heated and compressed by a roll,
As the roll, use what formed the coating layer of the same material as the molded body on the surface,
A powder sintering method, wherein the surface temperature of the compact immediately before being carried into the roll is adjusted to be higher or substantially the same as the temperature of the coating layer.
前記ロールの表面で前記コーティング層の下地の凹凸の高さが0.05μm以上1.0μm以下であることを特徴とする、請求項1記載の粉体焼結方法。   2. The powder sintering method according to claim 1, wherein the height of the unevenness of the base of the coating layer on the surface of the roll is 0.05 μm or more and 1.0 μm or less. ロールによって成形体を加熱圧縮する粉体焼結装置であって、
前記成形体と同じ材料のコーティング層を表面に形成したロールと、
前記ロールに搬入される前の前記成形体の表面温度を、前記コーティング層の温度に比べ高いあるいは略同じに調節する予備加熱ユニットを設けた、粉体焼結装置。
A powder sintering apparatus that heat-compresses a compact with a roll,
A roll in which a coating layer of the same material as the molded body is formed on the surface;
The powder sintering apparatus provided with the preheating unit which adjusts the surface temperature of the said molded object before carrying in to the said roll higher than the temperature of the said coating layer, or substantially the same.
原材料を加熱圧縮することで焼結体を製造する粉体焼結装置であって、
前記原材料を供給するフィーダーユニットと、
前記原材料を一定の大きさの成形体に形づくる成形ユニットと、
前記成形体を加熱圧縮する前に所定の温度に加熱するための予備加熱ユニットと、
表面に凹凸を有するロールの表面に前記原材料と同じ材質のコーティング層が施され搬入された前記成形体を加熱・加圧して焼結体を製造する加熱圧縮ユニットと、
前記成形体を前記成形ユニットから前記予備加熱ユニットおよび前記加熱圧縮ユニットまで搬送する搬送ユニットと、
前記予備加熱ユニットの温度を制御する第1制御ユニットと、
前記加熱圧縮ユニットの温度及び加圧力を制御する第2制御ユニットとを設けた、
粉体焼結装置。
A powder sintering apparatus for producing a sintered body by heating and compressing raw materials,
A feeder unit for supplying the raw materials;
A molding unit for forming the raw material into a molded body of a certain size;
A preheating unit for heating the molded body to a predetermined temperature before heat compression;
A heating and compression unit for producing a sintered body by heating and pressurizing the molded body that has been provided with a coating layer of the same material as the raw material on the surface of a roll having irregularities on the surface;
A transport unit for transporting the molded body from the molding unit to the preheating unit and the heating and compression unit;
A first control unit for controlling the temperature of the preheating unit;
A second control unit for controlling the temperature and pressure of the heating and compression unit;
Powder sintering equipment.
前記予備加熱ユニットによって加熱された前記成形体の表面温度が、前記コーティング層の温度に比べ高いあるいは略同じであることを特徴とする、
請求項4に記載の粉体焼結装置。
The surface temperature of the molded body heated by the preheating unit is higher or substantially the same as the temperature of the coating layer,
The powder sintering apparatus according to claim 4.
前記ロールの表面で前記コーティング層の下地の凹凸の高さが0.05μm以上1.0μm以下であることを特徴とする、請求項3〜5のいずれかに記載の粉体焼結装置。   The powder sintering apparatus according to any one of claims 3 to 5, wherein the height of the unevenness of the base of the coating layer on the surface of the roll is 0.05 µm or more and 1.0 µm or less.
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WO2022185754A1 (en) 2021-03-03 2022-09-09 パナソニックIpマネジメント株式会社 Green compact conveying mechanism and green compact forming device

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