JP2516726B2 - Hot isostatic pressing method - Google Patents

Hot isostatic pressing method

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JP2516726B2
JP2516726B2 JP5127025A JP12702593A JP2516726B2 JP 2516726 B2 JP2516726 B2 JP 2516726B2 JP 5127025 A JP5127025 A JP 5127025A JP 12702593 A JP12702593 A JP 12702593A JP 2516726 B2 JP2516726 B2 JP 2516726B2
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shell
gas
hot isostatic
isostatic pressing
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哲雄 市来崎
保 山根
孝樹 正木
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30PRESSES
    • B30BPRESSES IN GENERAL
    • B30B11/00Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses
    • B30B11/001Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses using a flexible element, e.g. diaphragm, urged by fluid pressure; Isostatic presses
    • B30B11/002Isostatic press chambers; Press stands therefor

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、温度とガス圧力とを同
時に作用させて金属粉末、セラミックス粉末等の加圧成
形焼結を行ったり、精密鋳造品、セラミックス製部品等
の緻密化処理を行う熱間静水圧加圧処理方法に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to pressure molding and sintering of metal powder, ceramic powder, etc. by simultaneously acting temperature and gas pressure, and densification of precision cast products, ceramic parts, etc. The present invention relates to a hot isostatic pressing method.

【0002】[0002]

【従来の技術】熱間静水圧加圧処理装置は、すでに超硬
工具の緻密化処理に使われて実績を挙げているが、近
年、セラミックス、サーメツトなど新素材の開発が進む
につれて、その適用範囲が拡がりつつある。従来の熱間
静水圧加圧装置を図5、図6、図7により説明すると、
10が熱間静水圧加圧処理装置本体で、同本体10は、
高圧円筒体2とその上下両端部に嵌合する上蓋3及び下
蓋4とこれらの部材により囲まれた加圧室13内に圧力
媒体ガスを圧送したときに同上下蓋3、4に作用する上
下方向の軸力を支持するヨークフレーム1とよりなる高
圧容器と、同加圧室13内に着脱可能に収納された加熱
炉9と、架台5とにより構成されている。
2. Description of the Related Art A hot isostatic pressing apparatus has already been used for densification of cemented carbide tools, but its application has been improved in recent years as new materials such as ceramics and thermite are developed. The range is expanding. A conventional hot isostatic pressing device will be described with reference to FIGS. 5, 6 and 7.
10 is the main body of the hot isostatic pressurizing apparatus.
When the pressure medium gas is fed under pressure to the high-pressure cylindrical body 2, the upper lid 3 and the lower lid 4 fitted to the upper and lower ends thereof, and the pressure chamber 13 surrounded by these members, they act on the upper and lower lids 3 and 4. It is composed of a high-pressure container composed of a yoke frame 1 for supporting an axial force in the vertical direction, a heating furnace 9 detachably housed in the pressurizing chamber 13, and a pedestal 5.

【0003】6が高圧容器移動シリンダ、7が高圧配
管、8が加熱炉9への給電配線、11が上蓋用ガスシー
ル、12が下蓋用ガスシール、14が加熱炉9内の処理
室(二点鎖線参照)、15が加熱炉9内のヒータ(加熱
装置)、16が加熱炉9の断熱層、17が加熱炉9のケ
ーシング、18がヒータ15に着脱自在に接続したヒー
タ給電電極、28がヒータ15に固定されたヒータ給電
コンタクタ、30が炉床架台21に設けた炉体架台部給
電コンタクタで、同コンタクタ30は上記コンタクタ2
8に接離可能である。
Reference numeral 6 is a high pressure vessel moving cylinder, 7 is high pressure piping, 8 is power supply wiring to the heating furnace 9, 11 is a gas seal for the upper lid, 12 is a gas seal for the lower lid, and 14 is a processing chamber in the heating furnace 9 ( (See the chain double-dashed line), 15 is a heater (heating device) in the heating furnace 9, 16 is a heat insulating layer of the heating furnace 9, 17 is a casing of the heating furnace 9, and 18 is a heater power supply electrode detachably connected to the heater 15, Reference numeral 28 is a heater power feeding contactor fixed to the heater 15, 30 is a furnace body pedestal portion power feeding contactor provided on the hearth pedestal 21, and the contactor 30 is the contactor 2 described above.
It can be attached to or detached from 8.

【0004】29が炉体架台、19が加熱炉9内の炉
床、20が高圧ガス配管7に接続したガス給排気管路で
ある。いま加熱炉9が高圧円筒体2外にあるときに、同
加熱炉9内の処理室14の炉床19上に被処理品を置
き、次いで同加熱炉9が図6の二点鎖線に示すようにホ
イスト等により高圧円筒体2内に収納されて、同高圧円
筒体2の上端開口部が上蓋3により気密的に閉じられ、
次いで同高圧円筒体2を含む高圧容器が高圧容器移動用
シリンダ6によりヨークフレーム1内へ送り込まれ、次
いで圧力媒体ガスが増圧機(図示せず)から高圧ガス配
管7及び給排気管路20を経て高圧円筒体2内の加圧室
13及び処理室14へ圧送されて、これらの室が加圧さ
れる。
Reference numeral 29 is a furnace frame, 19 is a hearth in the heating furnace 9, and 20 is a gas supply / exhaust pipe line connected to the high-pressure gas pipe 7. When the heating furnace 9 is now outside the high-pressure cylinder 2, the object to be processed is placed on the hearth 19 of the processing chamber 14 inside the heating furnace 9, and then the heating furnace 9 is shown by the chain double-dashed line in FIG. Is housed in the high-pressure cylinder 2 by a hoist or the like, and the upper end opening of the high-pressure cylinder 2 is hermetically closed by the upper lid 3,
Next, the high-pressure container including the same high-pressure cylinder 2 is sent into the yoke frame 1 by the high-pressure container moving cylinder 6, and the pressure medium gas is supplied from the pressure intensifier (not shown) to the high-pressure gas pipe 7 and the supply / exhaust pipe line 20. After that, the pressure is fed to the pressure chamber 13 and the processing chamber 14 in the high-pressure cylinder 2 to pressurize these chambers.

【0005】一方、電力が給電配線8からヒータ給電電
極18、コンタクタ28、30を経てヒータ15へ供給
され、同ヒータ15が発熱して、ヒータ15に囲まれた
処理室14が加熱される。上記処理室14のガス圧力及
び温度及び温度が所定処理条件に到達したら、その状態
が一定時間保持されて、その間に被処理物の熱間静水圧
加圧処理が行われる。そして熱間静水圧加圧処理が完了
したら、給電配線8及びヒータ給電電極18、コンタク
タ28、30を介したヒータ15への給電が停止され
て、加熱炉9が冷却され、また加圧室13及び処理室1
4の圧力媒体ガスがガス給排気管路20と高圧ガス配管
7とを介し大気中に排出されて、これらの室13、14
が降圧され、次いで高圧円筒体2を含む高圧容器が高圧
容器移動用シリンダ6によりヨークフレーム1外へ送り
出され、次いで上蓋3が取り外され、次いで加熱炉9が
処理室14内の被処理品とともにホイスト等により高圧
円筒体2外へ取り出される。
On the other hand, electric power is supplied from the power supply wiring 8 to the heater 15 through the heater power supply electrode 18 and the contactors 28 and 30, and the heater 15 generates heat to heat the processing chamber 14 surrounded by the heater 15. When the gas pressure, the temperature, and the temperature of the processing chamber 14 reach a predetermined processing condition, the state is maintained for a certain period of time, during which hot isostatic pressing of the object to be processed is performed. Then, when the hot isostatic pressing process is completed, power supply to the heater 15 via the power supply wiring 8, the heater power supply electrode 18, and the contactors 28 and 30 is stopped, the heating furnace 9 is cooled, and the pressurizing chamber 13 is pressed. And processing room 1
The pressure medium gas of No. 4 is discharged into the atmosphere through the gas supply / exhaust pipe line 20 and the high pressure gas pipe 7, and these chambers 13, 14 are discharged.
Is lowered, then the high-pressure container including the high-pressure cylinder 2 is sent out of the yoke frame 1 by the cylinder 6 for moving the high-pressure container, then the upper lid 3 is removed, and then the heating furnace 9 is placed in the processing chamber 14 together with the object to be processed. It is taken out of the high-pressure cylinder 2 by a hoist or the like.

【0006】なお40は高圧円筒体2の内壁に設けた冷
却ジヤケツトで、熱間静水圧加圧処理中に冷却水を同冷
却ジヤケツト40に通水することにより、高圧円筒体2
を冷却するようになっている。
Reference numeral 40 is a cooling jacket provided on the inner wall of the high-pressure cylinder 2, and by passing cooling water through the cooling jacket 40 during hot isostatic pressing, the high-pressure cylinder 2 is cooled.
Is designed to be cooled.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】前記図5、図6、図7
に示す従来の熱間静水圧加圧処理装置は、処理対象物が
主に金属材料であることから、処理温度が1250℃前
後(金属材料ではないが超硬(WC系)工具の場合には
1450℃前後)であり、加熱炉9を構成する部材に、
モリブデン、超耐熱合金(Ni基合金)が使われてい
る。これらの材料は500℃前後で酸化、炭化がはじま
るとともに劣化がはじまるが、処理対象物の金属材料も
加熱炉9と同様の特性を持つため、圧力媒体ガスに不活
性ガス(Ar、Heなど)を使用し、且つ、運転前に加
圧室13内に残留する大気を真空ポンプにより排出し
て、真空度を〜10-3Torr程度に保持し、その後、運転
に入るようにして、被処理品の品質低下、及び加熱炉9
を構成する構成部材の劣化を防止していた。
DISCLOSURE OF THE INVENTION Problems to be Solved by the Invention
In the conventional hot isostatic pressing apparatus shown in (1), since the object to be processed is mainly a metal material, the processing temperature is around 1250 ° C. (in the case of a cemented carbide (WC type) tool which is not a metal material, Around 1450 ° C.), and in the members constituting the heating furnace 9,
Molybdenum and super heat resistant alloys (Ni-based alloys) are used. These materials start to be oxidized and carbonized and deteriorated at around 500 ° C. However, since the metal material to be treated has the same characteristics as the heating furnace 9, an inert gas (Ar, He, etc.) is used as the pressure medium gas. Is used, and the atmosphere remaining in the pressurizing chamber 13 is discharged by a vacuum pump before the operation to maintain the degree of vacuum at about -10 -3 Torr, and then the operation is started. Product quality deterioration and heating furnace 9
Was prevented from deteriorating the constituent members constituting the.

【0008】また最近になって非酸化物系セラミックス
材料(窒化けい素、炭化けい素など)を熱間静水圧加圧
処理して高品質化する要求が強まり、常用2000℃の
超高温型熱間静水圧加圧処理装置が開発されている。こ
の超高温型熱間静水圧加圧処理装置では、モリブデン、
超耐熱合金などの金属材料を高純度・高密度グラフアイ
ト材料に置きかえた加熱炉9を採用しているが、この場
合、金属材料と同様に耐酸化性には欠けるものの、非酸
化物系セラミックス材料の処理には充分であった。
Recently, there has been an increasing demand to improve the quality of non-oxide ceramic materials (silicon nitride, silicon carbide, etc.) by hot isostatic pressing. A hydrostatic pressure treatment device has been developed. In this ultra high temperature type hot isostatic pressurization device, molybdenum,
A heating furnace 9 in which a metal material such as a super heat-resistant alloy is replaced by a high-purity / high-density graphite material is used, but in this case, although it does not have the same oxidation resistance as the metal material, it is a non-oxide ceramic. Sufficient for processing the material.

【0009】なお窒化けい素系セラミックスの処理には
2 ガスが、炭化けい素系セラミックスの処理にはAr
ガスが、それぞれ使用されている。またごく最近になっ
て酸化物系セラミックス〔ベリリア(BeO)、ジルコ
ニア(ZrO2 )、アルミナ(Al2 3 )、マグネシ
ア(MgO)、ムライト(SiO2 ・Al2 3 )、ジ
ルコニア−アルミナなどの複合セラミックス、ペロブス
カイト構造(ABO3 、例えばA;Ba、Pb、Li、
B;Ti、Zr、Sr、La、Nb、Sn)を有する酸
化物、フエライト(ZnFe2 4 、SrO・6Fe2
3 、Mn−Znフエライト、Ni−フエライトな
ど)、スピネル(Al2 3 ・MgOなど)、半導体セ
ラミックス(ZnO、B−Al2 3 、ZrO2 、Sn
2 、ZnO・Bi2 3 、VO2 、BaO、LaCr
3 など)〕を熱間静水圧加圧処理して高品質化する要
求が強まっている。
N 2 gas is used to treat silicon nitride ceramics, and Ar is used to treat silicon carbide ceramics.
Gas is used respectively. Also, very recently, oxide ceramics [beryllia (BeO), zirconia (ZrO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), magnesia (MgO), mullite (SiO 2 · Al 2 O 3 ), zirconia-alumina, etc. Composite ceramics, perovskite structure (ABO 3 , eg A; Ba, Pb, Li,
B; oxides having Ti, Zr, Sr, La, Nb, Sn), ferrite (ZnFe 2 O 4 , SrO.6Fe 2).
O 3, Mn-Zn ferrite, Ni- ferrite, etc.), spinel (Al 2 O 3 · MgO) , a semiconductor ceramic (ZnO, B-Al 2 O 3, ZrO 2, Sn
O 2 , ZnO / Bi 2 O 3 , VO 2 , BaO, LaCr
O 3 etc.)] is subjected to hot isostatic pressing to improve the quality.

【0010】しかしこの場合に前記従来の熱間静水圧加
圧処理装置を使用すると、被処理品に変質、変色、割れ
などが生じるので、被処理品を原料粉末に埋め込んで処
理する埋粉方式の熱間静水圧加圧処理方法を採用する必
要が生じているが、それにも多くの問題がある。即ち、
前記酸化物系セラミックスを従来の熱間静水圧加圧処理
装置により処理した場合に生ずる各種トラブル(変質、
変色、割れなど)の原因は、同処理がCOなどの還元性
ガスの雰囲気下で行なわれ、セラミックス材料に微量含
まれている遷移金属酸化物(例えば鉄、ニツケル、コバ
ルトなど)が還元するため、及び焼結体中に微量に混入
している炭素が高温下で蒸発し、その結果、焼結体中に
空洞(キヤビテイ)が形成されるためと考えられる。
In this case, however, if the conventional hot isostatic pressing apparatus is used, the product to be processed will be altered, discolored, cracked, etc., so that the product to be processed is embedded in the raw material powder for processing. Although it is necessary to adopt the hot isostatic pressing method described above, there are many problems. That is,
Various troubles (deterioration, deterioration) that occur when the oxide ceramics are processed by the conventional hot isostatic pressing apparatus
The cause of such discoloration and cracking is that the same treatment is performed in an atmosphere of a reducing gas such as CO, and transition metal oxides (for example, iron, nickel, cobalt, etc.) contained in a trace amount in the ceramic material are reduced. It is considered that a small amount of carbon mixed in the sintered body is evaporated at a high temperature, and as a result, a cavity is formed in the sintered body.

【0011】本件出願人が経験した事例では、2〜5モ
ル%Y2 3 を含むジルコニアセラミックス(Zr
2 )及びグラフアイトをヒータエレメントとする加熱
炉を使用して、1400℃、2000kg/cm2 (A
rガス)の条件で被処理品を処理したところ、処理前に
白色を呈していた被処理品が濃い灰色から黒色に変色し
た。またこの被処理品を1000℃以下の温度に保持し
て、4〜10時間、大気中で焼成したところ、被処理品
の中心部までが完全に元の白色に戻った。この変化は、
被処理品中に混入していた炭素が炭酸ガスとして蒸発し
たため、及び被処理品中に含まれていた遷移金属酸化物
が化学量論比例な元の安定した酸化物の状態に戻ったた
めと考えられる。
In the case experienced by the applicant, the zirconia ceramic containing 2 to 5 mol% Y 2 O 3 (Zr
O 2 ) and a graphite furnace as a heating element are used at 1400 ° C. and 2000 kg / cm 2 (A
When the article to be treated was treated under the condition of (r gas), the article to be treated which was white before the treatment turned from dark gray to black. Further, when the article to be treated was held at a temperature of 1000 ° C. or less and baked in the atmosphere for 4 to 10 hours, the original white color was completely returned to the central portion of the article to be treated. This change
It is considered that the carbon that was mixed in the processed product evaporated as carbon dioxide gas, and that the transition metal oxide contained in the processed product returned to the original stable oxide state that was in stoichiometric proportion. To be

【0012】このような変化があると、焼結体の曲げ強
度、破壊靱性などの機械的強度が大幅に低下するので、
被処理品を原料粉末中に埋め込んで処理する埋粉方式の
熱間静水圧加圧処理方法を採用する必要が生じている
が、この方法では、埋粉(粉末)が処理中の加熱炉内に
飛散して、装置トラブルの原因になり易い。またエンジ
ン部品の翼車、ブレードなどの複雑な形状をもつ焼結体
を作成するのが難しい上に、処理コストを高めるという
問題がある。前記酸化物系セラミックスの用途は、電子
機能部材(磁気ヘツド、絶縁体、半導体など)、構造部
材(摺動部品、機械要素部品など)、医療機器(検査
器、メスなど)、OA、事務機器用部品、その他(セン
サ、レジヤー用品、人工宝石など)というように多方面
にわたっているが、これらは熱間静水圧加圧処理により
品質の安定化、高機能化、高強度化を図る必要があり、
前記の問題点を解決する必要にせまられている。
[0012] If such a change occurs, mechanical strength such as bending strength and fracture toughness of the sintered body is significantly reduced.
It has become necessary to adopt a hot isostatic pressing method of the embedded powder method in which the product to be processed is embedded in the raw material powder, but with this method, the embedded powder (powder) is being processed in the heating furnace. It tends to scatter in the air and cause equipment trouble. Further, it is difficult to produce a sintered body having a complicated shape such as an impeller or a blade of an engine part, and there is a problem that the processing cost is increased. Applications of the oxide-based ceramics include electronic functional members (magnetic heads, insulators, semiconductors, etc.), structural members (sliding parts, machine element parts, etc.), medical devices (inspectors, scalpels, etc.), OA, office equipment. There is a wide range of applications, such as parts for sensors and other items (sensors, cash register products, artificial jewelry, etc.), but it is necessary to stabilize quality, enhance functionality, and increase strength by hot isostatic pressing. ,
It is necessary to solve the above problems.

【0013】本発明は前記の問題点に鑑み提案するもの
であり、その目的とする処は、各種トラブルル(変質、
変色、割れなどのトラブルや装置トラブル)を生じさせ
ずに且つ処理コストの高騰を招かずに機械的強度の高い
複雑な形状の焼結体を得ることができる熱間静水圧加圧
処理方法を提供しようとする点にある。
The present invention is proposed in view of the above problems, and the object of the present invention is to solve various problems (alteration, alteration,
A hot isostatic pressing method capable of obtaining a sintered body having a complicated shape with high mechanical strength without causing troubles such as discoloration and cracks and equipment troubles) and without causing a rise in processing cost. There is a point to offer.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の熱間静水圧加圧処理方法は、被処理品の
表面にガス不透過膜を形成した後、酸素濃度100pp
mから50Vol%の酸化性ガスの雰囲気下で酸化物系
材料のセラミックスを加圧、加熱することを特徴として
いる。
In order to achieve the above object, in the hot isostatic pressing method of the present invention, an oxygen concentration of 100 pp is formed after forming a gas impermeable film on the surface of the article to be treated.
It is characterized in that ceramics of an oxide material is pressurized and heated in an atmosphere of an oxidizing gas of m to 50 Vol%.

【0015】[0015]

【作用】本発明の熱間静水圧加圧処理方法は前記のよう
に被処理品の表面にガス不透過膜を形成した後、酸素濃
度100ppmから50Vol%の酸化性ガスの雰囲気
下で酸化物系材料のセラミックスを加圧、加熱する。つ
まり焼結体の還元等を防止し且つ加熱炉構成材料の発火
点を上昇させるのに適した酸素濃度の酸化性ガスで酸化
物系材料のセラミックスが加圧、加熱するので、焼結体
の特性を向上させるとともに加熱炉構成材料の寿命を伸
長させることか可能で、各種トラブルル(変質、変色、
割れなどのトラブルや装置トラブル)を生じさせずに且
つ処理コストの高騰を招かずに機械的強度の高い複雑な
形状の焼結体が得られる。
According to the hot isostatic pressing method of the present invention, after the gas impermeable film is formed on the surface of the article to be treated as described above, the oxide is formed in an atmosphere of an oxidizing gas having an oxygen concentration of 100 ppm to 50 Vol%. Pressurize and heat the ceramics of the system material. In other words, the ceramic of the oxide material is pressurized and heated by the oxidizing gas having the oxygen concentration suitable for preventing the reduction of the sintered body and raising the ignition point of the heating furnace constituent material. It is possible to improve the characteristics and extend the life of the heating furnace constituent materials, and various troubles (alteration, discoloration,
It is possible to obtain a sintered body having a high mechanical strength and a complicated shape without causing troubles such as cracking and equipment troubles and causing a rise in processing cost.

【0016】[0016]

【実施例】次に本発明の熱間静水圧加圧処理方法の実施
に使用する熱間静水圧加圧処理装置の加熱炉の構成例を
図1乃至図3により説明すると、図1の9が酸化性ガス
の雰囲気下で使用するのに適した熱間静水圧加圧処理装
置の加熱炉で、同加熱炉9がヒータ15と、これを取り
囲むように組込んだ内層セラミックスシエル23と、内
層金属シエル24と、外層金属シエル26と、これらシ
エル24、26の間に充填した内層セラミックスフアイ
バー製断熱材25と、加熱炉ケーシング17と、同加熱
炉ケーシング17と上記外層金属シエル26との間に充
填した外層セラミックスフアイバー製断熱材27と、炉
床架台21と、ヒータ15への給電を行う給電コンタク
タ28、30と、炉床19とにより構成されている。
EXAMPLE An example of the structure of a heating furnace of a hot isostatic pressing apparatus used for carrying out the hot isostatic pressing method of the present invention will be described below with reference to FIGS. Is a heating furnace of a hot isostatic pressing apparatus suitable for use in an atmosphere of an oxidizing gas. The heating furnace 9 includes a heater 15, an inner layer ceramic shell 23 incorporated so as to surround the heater 15. The inner layer metal shell 24, the outer layer metal shell 26, the inner layer ceramic fiber insulation material 25 filled between the shells 24, 26, the heating furnace casing 17, the heating furnace casing 17 and the outer layer metal shell 26 It is composed of an outer layer ceramic fiber heat insulating material 27 filled in the space, a hearth pedestal 21, power supply contactors 28 and 30 for supplying power to the heater 15, and a hearth 19.

【0017】なお16は内層セラミックスシエル23と
内層金属シエル24とよりなる断熱層である。上記加熱
炉9の高圧容器への搬入、搬出は、図6に示すようにホ
イスト等で行われる。また同加熱炉9内に形成された処
理室14への被処理品の出し入れは、セツトネジ31を
外し、炉床19が乗った炉床架台21と、ヒータ15及
び断熱層16を組み込んだ加熱炉ケーシング17とを切
り離して行われる。
Reference numeral 16 is a heat insulating layer composed of an inner ceramics shell 23 and an inner metal shell 24. The loading and unloading of the heating furnace 9 to and from the high-pressure container is performed by a hoist as shown in FIG. In addition, for loading and unloading the article to be processed into and from the processing chamber 14 formed in the heating furnace 9, the set screw 31 is removed, and the hearth pedestal 21 on which the hearth 19 is placed, the heater 15 and the heat insulating layer 16 are incorporated. It is performed separately from the casing 17.

【0018】また同加熱炉9のうち、熱間静水圧加圧処
理運転時に最も高い温度にさらされる最内層のセラミッ
クスシエル23に、表1に示す耐熱性、耐酸化性に優れ
たセラミックスを使用し、且つ同最内層セラミックスシ
エル23を単なる対流防止用シエルとしてだけではな
く、断熱効果を持たせるようにし、そのために、気孔率
30〜80%の多孔質で、厚さが5〜20mmの多孔質
セラミックスを使用し、さらに同セラミックスシエル2
3を透過して発生しようとする対流を抑止するために、
同内層セラミックスシエル23の外側に内層金属シエル
24を嵌合して、即ち、両層間の隙間が最内層シエルの
外径Dに対して0〜D/1000mmであるように組み
込むことで両層を一体にして、断熱層16を形成してい
る。
Further, in the same heating furnace 9, the ceramics shell 23 of the innermost layer which is exposed to the highest temperature during the hot isostatic pressing treatment operation uses the ceramics excellent in heat resistance and oxidation resistance shown in Table 1. In addition, the innermost layer ceramic shell 23 is not only used as a convection prevention shell but also has a heat insulating effect. Therefore, the porosity is 30 to 80% and the thickness is 5 to 20 mm. Quality ceramics, and the same ceramics shell 2
In order to suppress the convection that is going to occur through 3
The inner layer metal shell 24 is fitted on the outer side of the inner layer ceramic shell 23, that is, the inner layer metal shell 24 is assembled so that the gap between both layers is 0 to D / 1000 mm with respect to the outer diameter D of the innermost layer shell. The heat insulating layer 16 is formed integrally.

【0019】[0019]

【表1】 また上記のように内層金属シエル24を内層セラミック
ス23に外側から嵌合して、内層セラミックスシエル2
3が万一、破損した場合にも、その破片が脱落して、加
熱炉9に大きなダメージを与えないようにしている。以
上の加熱炉1をさらに具体的に説明する。加熱炉9で断
熱特性を満足させるためには、加熱炉9の構造、形状が
次の要件を満たしている必要がある。
[Table 1] Further, as described above, the inner layer metal shell 24 is fitted into the inner layer ceramics 23 from the outside, and the inner layer ceramics shell 2 is
Even if 3 is damaged, the fragments are prevented from falling off and seriously damaging the heating furnace 9. The heating furnace 1 described above will be described more specifically. In order to satisfy the heat insulation characteristics in the heating furnace 9, the structure and shape of the heating furnace 9 must satisfy the following requirements.

【0020】断熱層16の厚さをできるだけ薄くして、
高圧容器の口系を小さくし、またシエルを上端の閉じた
倒立コップ状の円筒系に形成する一方、すでに述べたよ
うにガスの透過しない材料により構成して、加熱炉9の
内部に生じる対流を防止する必要がある。即ち、熱間静
水圧加圧処理装置における加熱炉9の断熱層16の厚さ
は、一般の加熱炉の断熱層厚さに比べ1/3〜1/5程
度であるが、高圧ガスの熱伝達係数(kcal/m2
r℃)の値が非常に高いので、高圧円筒体2の内面に設
けた冷却ジヤケット40に常時冷却水を流し、加圧室1
3内の高圧ガスを介し加熱炉ケーシング17の表面を充
分に冷却して、冷却ジヤケツト40の温度に近い温度に
する(アルゴンガスの場合、2000kg/cm2 の高
圧時には、熱伝達係数値が常圧時の数100倍にな
る)。
The thickness of the heat insulating layer 16 is made as thin as possible,
While the mouth system of the high-pressure vessel is made small and the shell is formed as an inverted cup-shaped cylindrical system with the upper end closed, the convection generated inside the heating furnace 9 is made of a gas impermeable material as described above. Need to be prevented. That is, the thickness of the heat insulating layer 16 of the heating furnace 9 in the hot isostatic pressing apparatus is about 1/3 to 1/5 of the thickness of the heat insulating layer of a general heating furnace, but Transfer coefficient (kcal / m 2 H
Since the value of r.degree. C.) is very high, cooling water is constantly supplied to the cooling jacket 40 provided on the inner surface of the high-pressure cylinder 2 to pressurize the pressurizing chamber 1
The surface of the heating furnace casing 17 is sufficiently cooled to a temperature close to the temperature of the cooling jacket 40 through the high-pressure gas in 3 (in the case of argon gas, the heat transfer coefficient value is usually constant at a high pressure of 2000 kg / cm 2 ). It will be several hundred times higher than the pressure).

【0021】従って断熱層16には、内側から外側に向
い大きな温度差が生じ、ヒータ15に近い内層シエル2
3、24が高温に、外層シエル26が比較的低温にな
り、温度の低い外層シエル26には、内層シエル23、
24ほどの耐熱性を要求されなくて、金属材料を使用で
きる。一方、上記のように高圧のガスは、加熱炉9内に
おいて、高い熱伝達係数値を有し、あたかも粘性の低い
水のような挙動をすると考えられるので、一般の加熱炉
の垂直円筒炉のように、円筒状の断熱体と、その上、下
を閉じる断熱体とで処理室を形成するだけの構造では、
高圧ガスが断熱体のすきまを通り抜け、処理室で加熱さ
れ、冷却ジヤケットで冷却され、加熱炉全域で激しい対
流が生じて、処理室の温度が全く上がらないという状態
になる。
Therefore, a large temperature difference is generated in the heat insulating layer 16 from the inner side to the outer side, and the inner layer shell 2 close to the heater 15 is formed.
3 and 24 become high temperature, the outer layer shell 26 becomes relatively low temperature, and the inner layer shell 23,
A metal material can be used without requiring heat resistance as high as 24. On the other hand, as described above, the high-pressure gas has a high heat transfer coefficient value in the heating furnace 9 and behaves like water with low viscosity. As described above, in the structure in which the processing chamber is formed only by the cylindrical heat insulator and the heat insulator that closes the upper and lower parts,
The high-pressure gas passes through the clearance of the heat insulator, is heated in the processing chamber, is cooled by the cooling jacket, and vigorous convection occurs in the entire heating furnace, so that the temperature of the processing chamber does not rise at all.

【0022】このような対流を発生させないために、本
熱間静水圧加圧処理装置の加熱炉9では、シエルが上端
の閉じた倒立コツプ状の円筒形に、またガス不透過質の
多層構造になっており、上記形状により、処理室内で加
熱されたガスを上方へ抜け出ないようにしている。また
上記多層構造により、つまりシエルとシエルとの間(例
えば図1のシエル26とシエル24との間及びシエル2
6とケーシング17との間)をなるべく狭くし、その部
分にセラミックスフアイバー製断熱材25、27を充填
して、同部分に生じる対流を抑えるようにしている。
In order to prevent such convection from occurring, in the heating furnace 9 of the hot isostatic pressing apparatus of the present invention, the shell is in the shape of an inverted cup with the upper end closed, and a gas impermeable multilayer structure. The above shape prevents the gas heated in the processing chamber from escaping upward. Also, due to the above-mentioned multilayer structure, that is, between the shell and the shell (for example, between the shell 26 and the shell 24 in FIG. 1 and the shell 2).
6) and the casing 17) are made as narrow as possible, and the portions are filled with the ceramic fiber heat insulating materials 25 and 27 so as to suppress convection generated in the same portions.

【0023】次に前記条件を満足するシエルの構成をさ
らに具体的に説明する。上端の閉じた倒立コツプ状の円
筒形シエルを緻密質アルミナで作り、これを内層セラミ
ックスシエル24を嵌合することなく内層セラミックス
セルとして加熱炉に組込んで試験したところ、運転中に
生ずる熱応力、及び昇温、降温過程に受ける熱衝撃によ
りシエルの形状如何では一定温度以上で破損し、シエル
として使用するのに限界があった。
Next, the structure of the shell that satisfies the above conditions will be described more specifically. An inverted cup-shaped cylindrical shell with the upper end closed was made of dense alumina, and this was tested by incorporating it into a heating furnace as an inner layer ceramic cell without fitting the inner layer ceramic shell 24, and the thermal stress generated during operation was shown. In addition, due to the thermal shock received during the temperature rising and cooling processes, the shell was damaged at a certain temperature or higher depending on its shape, and there was a limit to its use as a shell.

【0024】またこの経験から耐熱衝撃性が高く、熱応
力を受けて破損しても全面破損に至りにくい特性を有す
る多孔質セラミックスを同じく内層セラミックスシエル
24を嵌合することなく内層セラミックスに使用した
が、多孔質であるため、高圧ガスの対流を抑止する特性
が低く、外層金属シエル、加熱炉ケーシングなどの金属
部の温度が過上昇するばかりではなく、処理室の温度が
上がらないなどの問題が生じ、やはり使用できる範囲に
限界があった。
Further, from this experience, a porous ceramic having a high thermal shock resistance and being hard to be totally damaged even if it is damaged by thermal stress was used for the inner layer ceramics without fitting the inner layer ceramic shell 24. However, since it is porous, it has a low property of suppressing high-pressure gas convection, and not only the temperature of the metal parts such as the outer metal shell and heating furnace casing rises excessively, but also the temperature of the processing chamber does not rise. However, there was a limit to the usable range.

【0025】そこで多孔質セラミックスにガス不透過機
能を付け加えてやる必要がある。実施例では、上記の点
に着目して、すでに述べたように上端の閉じた円筒形シ
エル(内層セラミックスシエル23)を多孔質セラミッ
クス製とし、その外側に同形状の内層金属シエル24を
嵌合して、即ち、両層間の隙間が最内層シエルの外径D
に対して0〜D/1000mmでるように組み込むこと
で互いを一体化して、ガス不透過性を持たせ、これによ
り、高圧ガスの対流を充分に抑止して、高い処理温度に
保持する一方、同処理温度での多孔質セラミックスの破
損を完全に防止するようにしている。
Therefore, it is necessary to add a gas impermeable function to the porous ceramics. In the embodiment, paying attention to the above point, as described above, the cylindrical shell (the inner layer ceramic shell 23) having the closed upper end is made of porous ceramics, and the inner layer metal shell 24 of the same shape is fitted on the outer side thereof. That is, the gap between the two layers is the outer diameter D of the innermost layer shell.
Incorporating them so as to be 0 to D / 1000 mm, they are integrated with each other and have gas impermeability, thereby sufficiently suppressing convection of high-pressure gas and maintaining a high processing temperature. The porous ceramics are completely prevented from being damaged at the same processing temperature.

【0026】前記内層金属シエル24は、アルミナ、ジ
ルコニア、石英ガラスなどからなる緻密質セラミックス
製シエルに替えても差支えない。本発明の熱間静水圧加
圧処理方法は前記のように被処理品にガス不透過膜を形
成した後、酸素濃度100ppm から50Vol %の酸化性
ガスの雰囲気下で加圧、加熱を行うようにしている。上
記条件で加圧、加熱を行う理由は、100ppm 未満では
酸素濃度が不充分で焼結体が還元されてしまって、所期
の性質の焼結体を得られず、また50Vol %を超えるな
どすると、加熱炉構成部材の発火点が著しく下降し、加
熱炉構成部材の寿命が短かくなるからであり、上記のよ
うに酸素濃度100ppm から50Vol %の酸化性ガスの
雰囲気下で加圧、加熱して、上記事態の発生を防止する
ことができる。
The inner metal shell 24 may be replaced with a dense ceramic shell made of alumina, zirconia, quartz glass or the like. According to the hot isostatic pressing method of the present invention, after the gas impermeable film is formed on the article to be processed as described above, pressurization and heating are performed in an atmosphere of an oxidizing gas having an oxygen concentration of 100 ppm to 50 Vol%. I have to. The reason for pressurizing and heating under the above conditions is that if the concentration is less than 100 ppm, the oxygen concentration is insufficient and the sintered body is reduced, so that a desired sintered body cannot be obtained, and it exceeds 50 Vol%. Then, the ignition point of the heating furnace component is significantly lowered, and the life of the heating furnace component is shortened. As described above, pressurization and heating are performed in an atmosphere of oxidizing gas having an oxygen concentration of 100 ppm to 50 Vol%. Then, it is possible to prevent the occurrence of the above situation.

【0027】前記酸素濃度は、低ければ低い程発火点が
上昇して、加熱炉構成部材の寿命が延びるが、好ましく
は30%以下、さらに好ましくは20%以下がよい。 (具体例1)加熱炉9(処理室有効寸法:径100m
m、長さ300mm)を使用し、温度:1600℃、圧
力:2000kg/cm2 の酸化性ガス(Arガスに1
00ppm 〜10%の酸素を混入した酸化性ガス)の雰囲
気下で、加圧、加熱を行った。その際、加熱炉9のう
ち、内層セラミックスシエル23には、厚さ15mm、
気孔率60%の多孔質アルミナ製のものを使用し、内層
金属シエル24には、厚さ1.0mmのステンレス鋼製
のものを使用した。運転中の内層金属シエル24の温度
は850℃であり、酸素濃度50%までは問題なく使用
できたが、50%を越える酸素濃度では局所的な破損が
みられた。 (具体例1’)加熱炉9(被処理有効寸法: 径100m
m、長さ300mm)を使用し、温度: 1600℃で圧
力: 2000kg/cm2 の酸化性ガス(アルゴンガス
に100ppm〜50%の酸素を混入したアルゴン、酸
素混合ガス)の雰囲気下で、加圧、加熱を行った。その
際、加熱炉9を構成する部品のうち、内層セラミックス
23には、厚さ8mm、気孔率60%の多孔質複合材料
(アルミナに石英ガラス30〜90Vol%を添加し
て、焼結したもので、石英ガラスの低熱膨張率の性質を
有した低熱応力形材料)を使用し、内層(金属)シエル
24には、厚さ4mmの石英ガラスを使用した。運転
中、内層(金属)の温度は、最高1100℃であり、酸
素濃度50%まで問題なく使用できた。
The lower the oxygen concentration, the higher the ignition point and the longer the life of the heating furnace constituent members, but preferably 30% or less, more preferably 20% or less. (Specific example 1) Heating furnace 9 (effective size of processing chamber: diameter 100 m
m, length 300 mm), temperature: 1600 ° C., pressure: 2000 kg / cm 2 oxidizing gas (1 for Ar gas)
Pressurization and heating were performed in an atmosphere of (oxidizing gas mixed with oxygen of 00 ppm to 10%). At that time, in the inner layer ceramic shell 23 of the heating furnace 9, a thickness of 15 mm,
Porous alumina having a porosity of 60% was used, and the inner metal shell 24 was made of stainless steel having a thickness of 1.0 mm. The temperature of the inner layer metal shell 24 during operation was 850 ° C., and it could be used without problems up to an oxygen concentration of 50%, but local damage was observed at an oxygen concentration exceeding 50%. (Specific example 1 ') Heating furnace 9 (effective dimension to be treated: diameter 100 m
m, length 300 mm) at a temperature of 1600 ° C. and a pressure of 2000 kg / cm 2 under an atmosphere of an oxidizing gas (argon gas mixed with 100 ppm to 50% of oxygen in argon gas). Pressure and heating were performed. At that time, among the components constituting the heating furnace 9, the inner layer ceramics 23 was a porous composite material having a thickness of 8 mm and a porosity of 60% (alumina to which 30 to 90 Vol% of quartz glass was added and sintered). Then, a low thermal stress type material having a low coefficient of thermal expansion of quartz glass was used, and the inner layer (metal) shell 24 was made of quartz glass having a thickness of 4 mm. During operation, the temperature of the inner layer (metal) was 1100 ° C. at the maximum, and the oxygen concentration could be used up to 50% without any problem.

【0028】本(具体例1’)で使用している内層セラ
ミックスシエル23は、多孔質であり、耐衝撃性が高
く、熱応力による破壊応力限界も高い値を持つが、一方
で、発生する熱応力を低く抑えるためには、肉厚を薄く
することが効果的である。この肉厚は、内層セラミック
スシエル23の外側に嵌合する内層(金属)シエル24
の許容温度により決まる。
The inner layer ceramic shell 23 used in this example (Specific Example 1 ') is porous, has high impact resistance, and has a high fracture stress limit due to thermal stress, but on the other hand, it occurs. In order to keep the thermal stress low, it is effective to reduce the wall thickness. This wall thickness is the thickness of the inner layer (metal) shell 24 fitted to the outer side of the inner layer ceramic shell 23.
Determined by the allowable temperature of.

【0029】前記(具体例1)では、内層(金属)シエ
ル24にステンレス鋼製のシエルを使用しているが、同
シエルの酸化を抑えるため、両層間の温度を850℃以
下にする必要があり、内層セラミックスの肉厚を15m
mとした。これに対して本(具体例1’)で使用した石
英ガラスは、熱膨張が低く、従って発生する熱応力が低
いのが特徴であるが、欠点としては、1300℃以上の
温度で失透と呼ばれる変質が起こり、熱膨張率が増大し
て、この結果、熱応力が大きくなって、シエルが破損し
てしまうことである。このため、1100℃以下の温度
で使用する必要があるが、ステンレス鋼製に比べて大幅
に高い温度で使用できるため、内層セラミックス23の
肉厚を略半分の8mmにすることができた。
In the above (Specific Example 1), a stainless steel shell is used for the inner layer (metal) shell 24. However, in order to suppress the oxidation of the shell, it is necessary to keep the temperature between both layers at 850 ° C. or lower. Yes, the thickness of the inner layer ceramics is 15m
m. On the other hand, the silica glass used in the present example (Specific example 1 ') is characterized by low thermal expansion and therefore low thermal stress, but the disadvantage is that devitrification occurs at temperatures above 1300 ° C. The so-called alteration occurs and the coefficient of thermal expansion increases, resulting in high thermal stress and failure of the shell. Therefore, it is necessary to use it at a temperature of 1100 ° C. or lower, but since it can be used at a temperature significantly higher than that of stainless steel, the thickness of the inner layer ceramics 23 can be reduced to about half, that is, 8 mm.

【0030】このため、内層セラミックス23に発生す
る熱応力レベルが半減して、その寿命が(具体例1)に
比べて飛躍的に向上した。また石英ガラスは、1100
℃以下では、高酸素濃度(〜50%)下でも、殆ど劣化
が起こらないため、安定した処理が可能になった。 (具体例2)図2、3は、加熱炉9(処理室有効寸法:
径300mm、長さ1000mm)のうち、内層セラミ
ックスシエル33、34と内層金属シエル32とよりな
る断熱層を示している。本(具体例2)は、処理室有効
寸法が大きく、内層セラミックスシエルを1体に作れな
かったため、分割構造にしている。分割する場合には、
第3図に示すように中心に近い側を高さの高い嵌め合せ
構造にする必要がある。
Therefore, the thermal stress level generated in the inner layer ceramics 23 is halved, and the life thereof is dramatically improved as compared with (Specific Example 1). Quartz glass is 1100
At a temperature of not higher than 0 ° C, even if the oxygen concentration was high (up to 50%), almost no deterioration occurred, so that stable treatment became possible. (Specific Example 2) FIGS. 2 and 3 show the heating furnace 9 (effective size of the processing chamber:
Of the diameter of 300 mm and the length of 1000 mm), the heat insulating layer composed of the inner layer ceramic shells 33 and 34 and the inner layer metal shell 32 is shown. In this example (Specific example 2), since the effective size of the processing chamber is large and the inner layer ceramic shell cannot be made in one body, it has a divided structure. When splitting,
As shown in FIG. 3, the side close to the center needs to have a high-height fitting structure.

【0031】なお図4に示す嵌め合せ構造にした場合に
は、嵌合部間のすきまを流れるガス層のうち、低温ガス
層37が高温ガス層38の上方に位置するため、このす
きまを通って対流が起り易くて、内層金属シエル32が
破損し易い。図2、3のようにしたのは、この破損を防
止するためである。本発明の熱間静水圧加圧処理方法を
使用し、酸素濃度100ppm から50Vol%の酸化性ガ
ス雰囲気下で、熱間静水圧加圧処理を実施したところ、
次の結果を得られた。すでに述べたように加熱炉9に有
効寸法:径100mm、長さ300mmのものを使用
し、加熱炉9のうち、内層セラミックシエル23に厚さ
15mmの多孔質アルミナ(気孔率60%)製のものを
使用し、内層金属シエル24にステンレス鋼(1.0m
m)製のものを使用し、断熱材25、27に高純度アル
ミナフアイバを使用し、ヒータ15の担体に内層セラミ
ックシエル24と同一材質の多孔質アルミナを使用し、
ヒータエレメントに白金−ロジウム合金製線材を使用し
た。また圧力媒体ガスに酸素を100ppm 、1%、10
%含むアルゴンガスを使用し、最終保持温度(1400
℃)まで約2時間かけて昇温させた後、圧力を2000
kg/cm2 の状態に1時間保持し、保持完了後、昇温
とは逆のプロセスを経て常温、常圧し戻して、運転を完
了した。
In the case of the fitting structure shown in FIG. 4, since the low temperature gas layer 37 is located above the high temperature gas layer 38 in the gas layer flowing through the clearance between the fitting portions, the clearance passes through this clearance. As a result, convection easily occurs and the inner-layer metal shell 32 is easily damaged. The reason shown in FIGS. 2 and 3 is to prevent this damage. Using the hot isostatic pressing method of the present invention, the hot isostatic pressing was carried out in an oxidizing gas atmosphere having an oxygen concentration of 100 ppm to 50 Vol%.
The following results were obtained. As described above, the heating furnace 9 having an effective size of 100 mm in diameter and 300 mm in length is used. In the heating furnace 9, the inner layer ceramic shell 23 is made of porous alumina (porosity 60%) having a thickness of 15 mm. The inner metal shell 24 is made of stainless steel (1.0 m
m), high-purity alumina fiber is used for the heat insulating materials 25 and 27, and porous alumina of the same material as the inner layer ceramic shell 24 is used for the carrier of the heater 15.
A platinum-rhodium alloy wire rod was used for the heater element. Oxygen in the pressure medium gas is 100 ppm, 1%, 10
% Argon gas is used, and the final holding temperature (1400
℃) for about 2 hours, and then increase the pressure to 2000
After holding for 1 hour in the state of kg / cm 2 , after the completion of the holding, the operation was completed by returning to normal temperature and atmospheric pressure through a process opposite to the temperature raising.

【0032】被処理品は、ガス不透過膜を形成した対理
論密度95%のジルコニア系予備焼結体であったが、上
記処理により緻密化(対理論密度99.5%に向上)し
た。また被処理品の色は、酸素100ppm 混入ガスの場
合、本来白色の被処理品が灰色に着色したが、1%、1
0%では処理前も処理後にも変色がなかった。また上記
の処理を実施して、次の焼結体を得られた。即ち、従来
の熱間静水圧加圧処理装置で作成したセラミックス(ジ
ルコニア、アルミナ、マグネシア、イツトリアなど)
は、灰色または黒色の焼結体で、光をほとんど吸収する
ため、黄、緑、赤などのカラーを有するセラミックスを
得ることができなかったが、本発明のように酸化性ガス
の雰囲気下で熱間静水圧加圧処理を行う場合、作成した
焼結体は、ほとんど理論密度を有することから、光を透
過・反射することが可能になる。例えばセラミックス中
に微量の鉄、コバルト、ニツケルなどの遷移金属酸化物
またはセリウムランタンなどの希土類酸化物などを添加
した原料粉末の予備焼結体を酸化性ガス雰囲気下で熱間
静水圧加圧処理すると、カラフルなセラミックスを作成
することが可能になる。
The article to be treated was a zirconia-based pre-sintered body having a gas impermeable film and a theoretical density of 95%, but it was densified (improved to a theoretical density of 99.5%) by the above treatment. In addition, the color of the product to be processed was originally 1% when the gas containing 100 ppm of oxygen was colored gray,
At 0%, there was no discoloration before or after the treatment. Further, the above treatment was carried out to obtain the following sintered body. That is, ceramics (zirconia, alumina, magnesia, yttria, etc.) created by a conventional hot isostatic press
Is a gray or black sintered body that absorbs almost all the light, so that it was not possible to obtain ceramics having colors such as yellow, green, and red, but under the atmosphere of an oxidizing gas as in the present invention. When the hot isostatic pressing process is performed, since the produced sintered body has almost the theoretical density, it becomes possible to transmit and reflect light. For example, a pre-sintered body of raw material powder in which a trace amount of a transition metal oxide such as iron, cobalt, nickel, or a rare earth oxide such as cerium lanthanum is added to ceramics is subjected to hot isostatic pressing under an oxidizing gas atmosphere. Then, it becomes possible to create colorful ceramics.

【0033】その場合のセラミックスは単結晶の人工宝
石と異り、多結晶で、人工の装飾品や宝石等として使用
できる焼結体が得られた。また印鑑、鋏、カツター、包
丁などの刃物、食器、日用品、時計のガワ及び部品、ド
ライバーなどの機械工具部品、自動車などの内燃機関用
部品などにも使用できる焼結体が得られた。このような
焼結体の品質・諸物性が向上するが、その理由は次の通
りである。 (1)従来知られたセラミックスの中で特に高強度、高
靱性を有するジルコニア−イツトリアまたはジルコニ
ア、マグネシア系のセラミックスの高温特性が改良され
る。即ち、上記のジルコニア・セラミックスを500℃
以上の高温で長時間加熱しても、酸化性ガスの雰囲気下
では機械的強度が低下しない。この優れた特性はジルコ
ニア以外のセラミックス、例えばアルミナ、アルミナ−
ジルコニアなどにもあり、これらにも適用できる。 (2)一般に熱間静水圧加圧処理装置で作成した焼結体
は、常温で、非常に優れた機械的性質及び耐磨耗性、摺
動性を有しており、従来の非酸化性ガスの雰囲気下で作
成した焼結体もその例外でないが、500℃以上の高温
で使用すると、機械的強度が大巾に低下して、焼結体の
もつ優れた特性が失われる。その理由は、被処理品中に
混入していた炭素が炭酸ガスとして蒸発するため、及び
被処理品中に含まれていた遷移金属酸化物が化学論比例
な元の安定した酸化物の状態に戻るためである。一方、
前記のように酸化濃度100ppm から50Vol %の酸化
性ガスの雰囲気下で加圧、加熱した場合は、酸化濃度が
充分で、本発明の熱間静水圧加圧処理方法により得られ
た焼結体には、上記の現象が起らない。
In this case, the ceramics are polycrystals, which are different from the single-crystal artificial gems, and a sintered body that can be used as an artificial ornament, a gem, etc. was obtained. Further, a sintered body was obtained which can be used for blades such as seals, scissors, cutters and knives, tableware, daily necessities, watch parts and parts for watches, machine tool parts such as drivers, parts for internal combustion engines such as automobiles, etc. The quality and various physical properties of such a sintered body are improved for the following reasons. (1) Among the conventionally known ceramics, the high temperature characteristics of zirconia-yttria or zirconia-magnesia ceramics having particularly high strength and toughness are improved. That is, the above zirconia-ceramic
Even if heated at the above high temperature for a long time, the mechanical strength does not decrease in the atmosphere of the oxidizing gas. This excellent characteristic is that ceramics other than zirconia, such as alumina, alumina-
There are zirconia, etc., and they can be applied. (2) Generally, the sintered body produced by the hot isostatic pressing apparatus has very good mechanical properties, abrasion resistance, and slidability at room temperature, and has a conventional non-oxidizing property. A sintered body prepared in a gas atmosphere is no exception, but when it is used at a high temperature of 500 ° C. or higher, the mechanical strength is greatly reduced and the excellent characteristics of the sintered body are lost. The reason for this is that the carbon contained in the product to be processed evaporates as carbon dioxide gas, and the transition metal oxide contained in the product to be processed is in the original stable oxide state which is stoichiometrically proportional. This is to return. on the other hand,
As described above, when pressurized and heated in an atmosphere of an oxidizing gas having an oxidizing concentration of 100 ppm to 50 Vol%, the oxidizing concentration is sufficient, and the sintered body obtained by the hot isostatic pressing method of the present invention. The above phenomenon does not occur.

【0034】なお本発明で処理の対象となる被処理品
は、ガス不透過膜を形成した予備焼結体に限られるもの
でなく、酸化物系ガス不透過膜を形成した粉末成形体や
酸化物を構成する金属を被膜処理してガス不透過膜を形
成した粉末成形体、所謂カプセル化処理した成形体等に
も適用可能である。
The object to be treated in the present invention is not limited to the pre-sintered body on which the gas impermeable film is formed, but a powder compact or an oxide type gas impermeable film is formed. The present invention is also applicable to a powder compact having a gas-impermeable film formed by coating the metal constituting the object, a so-called encapsulated compact, and the like.

【0035】[0035]

【発明の効果】本発明の熱間静水圧加圧処理方法は前記
のように被処理品の表面にガス不透過膜を形成した後、
酸素濃度100ppmから50Vol%の酸化性ガスの
雰囲気下で酸化物系材料のセラミックスを加圧、加熱す
る。つまり焼結体の還元等を防止し且つ加熱炉構成材料
の発火点を上昇させるのに適した酸素濃度の酸化性ガス
で酸化物系材料のセラミックスを加圧、加熱するので、
焼結体の特性を向上させるとともに加熱炉構成材料の寿
命を伸長させることができて、各種トラブルル(変質、
変色、割れなどのトラブルや装置トラブル)を生じさせ
ずに且つ処理コストの高騰を招かずに機械的強度の高い
複雑な形状の焼結体を得ることができる。
As described above, the hot isostatic pressing method of the present invention, after forming the gas impermeable film on the surface of the article to be treated,
Ceramics of an oxide-based material are pressed and heated in an atmosphere of an oxidizing gas having an oxygen concentration of 100 ppm to 50 Vol%. That is, since the ceramics of the oxide-based material are pressurized and heated with an oxidizing gas having an oxygen concentration suitable for preventing the reduction of the sintered body and raising the ignition point of the heating furnace constituent material,
It is possible to improve the characteristics of the sintered body and extend the life of the heating furnace constituent materials, and
It is possible to obtain a sintered body having a complicated shape with high mechanical strength without causing troubles such as discoloration and cracks and troubles in the apparatus and without increasing the processing cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の熱間静水圧加圧処理方法の実施に使用
する熱間静水圧加圧処理装置の構成例を示す縦断側面図
である。
FIG. 1 is a vertical cross-sectional side view showing a configuration example of a hot isostatic pressing apparatus used for carrying out the hot isostatic pressing method of the present invention.

【図2】上記熱間静水圧加圧処理装置の他の構成例を示
す一部縦断側面図である。
FIG. 2 is a partially longitudinal side view showing another configuration example of the hot isostatic pressing apparatus.

【図3】同熱間静水圧加圧処理装置の一部を拡大して示
す縦断側面図である。
FIG. 3 is a vertical cross-sectional side view showing an enlarged part of the hot isostatic pressing device.

【図4】断熱層間のすきまに生じる流れの例を示す縦断
側面図である。
FIG. 4 is a vertical sectional side view showing an example of a flow generated in a clearance between heat insulating layers.

【図5】従来の熱間静水圧加圧処理装置を示す縦断側面
図である。
FIG. 5 is a vertical sectional side view showing a conventional hot isostatic pressing apparatus.

【図6】同熱間静水圧加圧処理装置の全体を示す側面図
である。
FIG. 6 is a side view showing the entire hot isostatic pressurizing apparatus.

【図7】同熱間静水圧加圧処理装置の全体を示す正面図
である。
FIG. 7 is a front view showing the entire hot isostatic pressurizing apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

9 加熱炉 16 内側断熱層 23 多孔質セラミックス製内層シエル 24 緻密質材製内層シエル 25、27 セラミックスフアイバー製断熱材 26 緻密質材製内層シエル 9 heating furnace 16 inner heat insulating layer 23 porous ceramic inner layer shell 24 dense material inner layer shell 25, 27 ceramic fiber heat insulating material 26 dense material inner layer shell

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 正木 孝樹 滋賀県大津市園山1丁目1番1号 東レ 株式会社 滋賀事業場内 (56)参考文献 特開 昭50−62106(JP,A) 特開 昭57−126903(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Takaki Masaki 1-1-1, Sonoyama, Otsu, Shiga Toray Industries, Ltd. Shiga Plant (56) References JP-A-50-62106 (JP, A) JP-A-SHO 57-126903 (JP, A)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 被処理品の表面にガス不透過膜を形成し
た後、酸素濃度100ppmから50Vol%の酸化性
ガスの雰囲気下で酸化物系材料のセラミックスを加圧、
加熱することを特徴とした熱間静水圧加圧処理方法。
1. A gas impermeable film is formed on the surface of an article to be treated, and then ceramics of an oxide material is pressurized in an atmosphere of an oxidizing gas having an oxygen concentration of 100 ppm to 50 Vol%,
A hot isostatic pressing method characterized by heating.
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JPS57126903A (en) * 1981-01-30 1982-08-06 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Hot hydrostatic pressure press molding method

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