JP4560153B2 - サーメット体を有するセラミック部品の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サーメット体、特に、請求項１のプレアンブルに記載の特徴に従う棒状サーメット電極を有するセラミック部品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ドイツ特許ＤＥ４３３５６９７Ｃ２から、サーメット体として、凸形の棒状のサーメット電極を使用し、そのサーメット電極の最大直径がセラミック部品の中心領域にあるか、かつ／または、セラミック部品が長さにわたって変化する直径を有する孔を備え、その孔が、サーメット電極の出口領域においてセラミック部品の中心におけるよりも直径が大きい、この種の方法が知られている。サーメット電極の出口領域では、これと孔との間に、０．０５〜０．１ｍｍの直径差が与えられているが、セラミック部品の内部では、サーメット電極は孔の壁に密着している。このように孔の中にはめ込まれたサーメット電極は、未焼成（ドイツ語で、ｇｒｕｎ）セラミック体とともに焼結され、その際に、材料の塑性変形の下で、セラミック部品とサーメット電極との接触個所に接合部が生じる。これによって、孔の壁とサーメット電極との間に、真空気密性は高いが応力に弱い接合部ができる。この方法は決して安くない費用を要し、製造されうる所望の高真空気密性を有するが応力に弱い接合部の欠陥品を回避するには、非常に厳しい許容差を守らなければならない。
【０００３】
さらに、ドイツ特許出願ＤＥ１９７２２７２８Ａ１から、硬質合金体、サーメット体、またはセラミック基材体からなる複合体とその製造方法が知られている。この場合、出発粉末の混合物から圧粉体（ドイツ語で、Ｇｒｕｎｌｉｎｇ）を事前加圧し成形して、続いてマイクロ波電磁場中で焼結し、１つまたは複数の層による被覆で覆う。圧粉体をまだ開いた細孔のままでさらに加熱し、６００℃〜１１００℃の温度で、反応ガスおよび／または被覆に必要となる昇華可能な固体を作用させる。次いで温度をさらに上げて、圧粉体を焼結によって完全に圧密し、最終的に被覆を施す。このようにして製造した複合体は、改善された被覆接着性を有しなければならず、特に切削加工用の切削板として、または高温材料として使用できなければならない。このように、少なくとも部分的に内部にそれ自体一体化されたサーメット体を有するセラミック部品は知られておらず、また少なくとも部分的に一体化されたサーメット体を有するセラミック部品を製造するという提案も当業者にはされていない。
【０００４】
さらに、ドイツ特許出願ＤＥ３７０４４１０Ａ１から、焼結前に孔の中に棒を配置して、棒または電極をセラミック部品中に固定する方法が知られている。棒は、孔の内部で段付きまたは球状の断面を有し、その熱膨張係数はセラミック部品よりも大きい。焼結の後に、棒は冷却の際に、径方向にも軸方向にも周囲のセラミック部品よりも強く収縮する。これによって、セラミック部品における取付けと気密固定を維持するために、前記断面にわたってセラミック部品の隣接領域において、棒の締付けが行われる。締付けによって、セラミック部品隣接領域には小さくはない応力と負荷が発生し、これらは特に後で力や温度が変化した際に好ましくない結果をもたらし、また棒とセラミック部品との間の接合領域における亀裂、および最終的に非気密性を引き起こす可能性がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上のことから、本発明は、費用が削減されて、かつサーメット体を組み込んだ要件に適合するセラミック部品を再現可能に製造できる方法を、新たに確立するという課題に基づくものである。接合領域における許容できないほど高い応力ならびに材料の破損、およびその結果生じる非気密性を、確実に回避しなければならない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この課題の解決は、少なくとも１つのサーメット体（２０、２１）、特にサーメット電極を有するセラミック部品（３０）の製造方法であって、まず、サーメット体（２０、２１）を圧粉体として作成すること、サーメット体（２０、２１）をセラミックマス（セラミック塊）（１８、２２）中に入れること、続いてセラミック塊を圧粉体として存在するサーメット体と共に圧縮し、最後に焼結を実施する方法にしたがって行われる。
【０００７】
ここに提案する方法は、圧縮および焼結の前に、圧粉体としてセラミック塊中に導入されるサーメット体を組み込んだセラミック部品の製造を、少ない費用で問題なく可能にする。圧粉体を予備製作し、予備圧縮し、これを問題なく型に入れて、所望の場所に位置決めすることができる。続いてセラミックに知られている成形方法を施し、それによってサーメット体を有するセラミック塊を圧縮する。続いて共通の焼結を実施する。
【０００８】
セラミック塊は粉体として、または例えば特に懸濁液として流し込みに適した形状にすることができる。成形方法として、特に圧縮成形、静圧圧縮成形、または流し込みが使用される。圧縮成形または静圧圧縮成形では、加圧圧力による圧縮が行われるが、特に石膏型などにおける流し込みでは、流体除去または水の除去によって密度が増す。本発明の枠内では、サーメット体は特にピンまたは板の形で圧粉体として使用することができ、焼結後に特に電極として使用することができる。
【０００９】
好ましい方法では、粉体としてのセラミック塊の一部をまず、完成したセラミック部品の形状に少なくとも近似的に対応する空洞中に装入する。続いてサーメット体、特にピン状のサーメット電極を入れ、最後に空洞を必要に応じてセラミック塊の残りの量で満たす。その後、特に乾燥加圧によって圧縮を行い、最後に焼結を行う。セラミック塊が、流体状および／または懸濁液として供給される場合には、サーメット体を目的に適った方法で、まず停止手段を有する型の空洞内における所望の位置に固定し、続いてセラミック塊を前記の型の空洞内に流し込み、特に射出成形によって導入する。そのとき使用される成形方法に応じて、有利に上述の圧縮を行い、それによってセラミック塊の密度は増し、サーメット電極の外表面における一様な分布および配置が達成される。これによって焼結前に、第１段階の予備圧縮が行われる。加圧の際に、サーメット体は、作用する加圧圧力の主方向を横切る方向の変形を受ける。例えば、実質的に円筒状のサーメット電極をセラミック塊中に入れる場合、加圧圧力は、サーメット電極の長軸に対して実質的に直角に作用する。これによって、電極は加圧の際に、円形の断面から卵形またはいくらか楕円形の断面が生じ、その長軸が作用する加圧圧力の方向に実質的に直角になるように、塑性変形する。焼結中は、セラミック塊の、したがって圧粉体として予備成形し事前圧縮されたサーメット体の、さらなる第２段階の圧縮が行われる。セラミック部品とサーメット電極との共通焼結の後、これらの断面は一様に卵形になる。焼結後、サーメット体は、その全長の実質的な部分にわたってセラミック部品中に組み込まれ、その際、サーメット体の外表面の周囲にわたって、閉じた耐密な特に真空気密性の高い接合面が生じる。この接合面は、特にサーメット体を組み込んだセラミック部品の密度と実質的に同じ密度の設定可能な長さを有し、それによってピーク負荷やピーク応力が回避される。
【００１０】
代替実施形態においては、流し込み可能なセラミック塊、特に懸濁液が石膏などの型中に導入される。特にピン状のサーメット電極として供される未焼成のサーメット体は、適切な方式で型中に固定され、特に少なくとも自由端は型中に挿入され、その際、さらにサーメット体に流し込み可能なセラミック塊を受け取る型の空洞中で必要な調整を施す。セラミック塊は、特に流し込みによって型の前記空洞中に導入され、その後、空洞の領域でサーメット体を完全に取り囲む。流し込んだセラミック塊の流体除去、特に水の除去によって圧縮が行われ、最後にこうして作成したサーメット体を組み込んだ成形体に焼結を施す。
【００１１】
次に、本発明を限定することなく、添付の図面に示した実施形態に基づいて、本発明をさらに詳しく説明する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
プレスまたは加圧型２は、実質的に円筒状の内面６を有する外側部分４と、長軸８と同じく同軸に配置された中央ボルト１０とを含む。外側部分４は管として、または深鍋形に形成することができ、管の場合、下端には終端として底１２が設けられる。したがって、内面６と中央の特に円筒形ボルト１０との間に、環状の空洞１４が存在する。
【００１３】
前記の空洞１４中に、上部環状開口部１６を通じて、粒状または粉末状のセラミック塊の第１部分１８を満たし、その際、目的に適ったやり方で、加圧型２の長軸８が垂直に整列されている。続いて、２つのサーメット電極２０、２１を、開口１６を通じて上から空洞１４中に入れて、セラミック塊の第１部分１８の上に載せ、その際、特に両サーメット電極２０、２１の直径方向の整列を行う。これらのサーメット電極２０、２１がすでに圧粉体として形成され、したがって加圧型２にはめ込むとき簡単に取り扱えるよう、十分に安定な構造を有することが、この場合に重要である。さらに、セラミック塊とサーメット電極が、少なくとも近似的に同じ粒度を、かつ／または焼結の際に同じ収縮挙動を有することが重要である。好ましい円筒状サーメット電極２０、２１は、実質的に円形の断面を有し、長軸８に対して少なくとも近似的に径方向に空洞１４中に挿入され、この場合、サーメット電極２０、２１の長さは、最大で空洞１４の径方向隙間幅と同じ大きさである。サーメット電極は、問題なく棒状の圧粉体から必要な長さに切断することができる。棒状の圧粉体の全長に応じて、それからいくつかサーメット電極を低い費用で製作することができる。サーメット電極２０、２１を正確に整列した後、加圧型またはその空洞１４中にセラミック塊の残りの第２部分２２を導入する。
【００１４】
次の工程ステップで、全セラミック塊１８、２２を、サーメット電極２０、２１と共に共通加圧する。最後に、空洞１４の形状に対応する形状を有し、したがって前記の実施形態においては同様に環状に形成された突き棒２４を用いて、必要な加圧圧力で、セラミック塊１８、２２の圧縮を実施する。その際に、挿入された未焼成のサーメット電極２０、２１の変形は、加圧方向２６を横切る方向に発生する。最後に、このようにして予備製作された成形体の焼結を、最後の工程ステップで実施する。焼結の際に、サーメットのセラミック部分は、セラミック塊と共に接合部なしに一緒に成長する。
【００１５】
図２は、圧縮されたまたはすでに焼結されたセラミック部品３０の、図１に対して９０°回転させた位置における図である。サーメット電極２０から、径方向に外側にある前面に注目されたい。この場合、わかりやすくするために、本来は円形であった断面が卵形または疑似楕円形になっている前述の変形を、よく注目されたい。さらに、サーメット電極の変形した断面の長軸は、実質的に径方向平面２８内にあることがわかる。
【００１６】
代替実施形態においては、型２は、図１に破線で示す停止手段３２、３３を含む。この停止手段３２、３３は、長溝として外側部分４および中央ボルト１０中に配置され、これらは空洞１４の長手方向延長部分のほぼ中間で終わっている。これらの長溝３２、３３中に、サーメット電極２０をはめ込むが、この際、サーメット電極２０の長さは、電極が長溝３２、３３の下端部に載るような長さとなる。停止手段３２、３３は、サーメット電極２０の圧粉体の規定通りの位置決めを確保し、後続のセラミック塊の充てんの際に、それが粉体の場合でも、または流体や懸濁液の場合でも、サーメット電極の圧粉体の望ましくない移動を心配する必要はない。
【００１７】
セラミック塊を空洞１４中に入れた後に、セラミック塊は、サーメット電極の圧粉体を周囲全体にわたって、しかも空洞１４の幅３４に対応する長さにわたって取り囲む。焼結後に、サーメット電極は、幅３４に応じて実質的にその全長にわたって、かつその周囲全体にわたって、セラミック体中に固く密に組み込まれる。したがって、周囲を密封された耐密の接合面が生じ、その長さは、空洞１４の幅３４および／または実質的にサーメット電極の全長に対応する。
【００１８】
本発明による方法では、冒頭に述べたドイツ特許による、孔の内面またはサーメット電極の外面の、予備成形されたセラミック体の穿孔や特に凸形の成形など、費用のかかる準備作業は不要になる。サーメット体の製造の場合でも、すでに圧縮されたセラミック成形体の穿孔の場合でも、特別な製造許容差は必要でない。一方ではセラミック塊の材料、および他方ではサーメット体の材料は、本発明によれば、少なくとも近似的にほぼ同じ粒度が得られるように、かつ／または焼結の際に同じ収縮挙動が得られるように、互いに適合される。
【００１９】
環状のセラミック部品の製造について説明したが、この説明は本発明を限定するものではない。本発明による方法によれば、サーメット体、特にサーメット電極を組み込んだ平面状のセラミック部品または任意の輪郭の三次元部品を、問題なく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】環状セラミック部品を製造するための型の概略軸方向断面図である。
【図２】長軸の周りに９０°回転させたセラミック部品の側面図である。
【符号の説明】
２ 型
４ 外側部分
６ 内面
８ 長軸
１０ 中央ボルト
１２ 底
１４ 空洞
１６ 上部開口部
１８ 第１部分
２０、２１ サーメット電極
２２ 第２部分
２４ 突き棒
２６ 加圧方向
３０ セラミック部品
３２、３３ 停止手段

Claims (8)

1. 少なくとも１つのサーメット体（２０、２１）を有するセラミック部品（３０）の製造方法であって、まず、サーメット体（２０、２１）を圧粉体として作成すること、サーメット体（２０、２１）をセラミック塊（１８、２２）中に入れること、続いてセラミック塊を圧粉体として存在するサーメット体と共に加圧によって圧縮し、最後にさらなる圧縮とともに焼結を実施することを含む方法であり、
   圧縮、加圧の準備のために、型（２）の空洞（１４）を部分的にセラミック塊で満たすこと、このように部分的に装入されたセラミック塊の上にサーメット体（２０、２１）を載せること、次の工程ステップで、セラミック塊の残りの第２部分（２２）を型（２）の空洞（１４）に装入すること、続いて、焼結の準備のためにセラミック部品の成形体を圧縮、加圧し、それによってサーメット体（２０、２１）を成形体中に組み込み、
   成形体の加圧および焼結の際に、セラミック塊中に入れられたサーメット体（２０、２１）が加圧方向を横切る方向に変形すること、および／または加圧および焼結の際に、サーメット体（２０、２１）の圧粉体の外部寸法が加圧方向に減少し、加圧方向を横切る方向に増加することを特徴とする方法。
2. 少なくとも１つのサーメット体（２０、２１）を有するセラミック部品（３０）の製造方法であって、まず、サーメット体（２０、２１）を圧粉体として作成すること、サーメット体（２０、２１）をセラミック塊（１８、２２）中に入れること、続いてセラミック塊を圧粉体として存在するサーメット体と共に加圧によって圧縮し、最後にさらなる圧縮とともに焼結を実施することを含む方法であり、
   圧縮の準備のために、サーメット体（２０、２１）を型中に、サーメット体が少なくとも部分的にその空洞（１４）中にあるように固定すること、セラミック塊を空洞（１４）中に入れ、それによって、少なくともサーメット体（２０、２１）の空洞（１４）中にある部分をセラミック塊によって完全に封入すること、および／または続いて圧縮を実施し、
   加圧の前に実質的に円形であったサーメット体（２０、２１）の断面が、加圧および焼結の際に変形して加圧および焼結後には卵形となり、その際に、長軸が実質的に加圧方向に対して直角となることを特徴とする方法。
3. 少なくとも１つのサーメット体（２０、２１）を有するセラミック部品（３０）の製造方法であって、まず、サーメット体（２０、２１）を圧粉体として作成すること、サーメット体（２０、２１）をセラミック塊（１８、２２）中に入れること、続いてセラミック塊を圧粉体として存在するサーメット体と共に圧縮し、最後に焼結を実施することを含む方法であり、
   圧縮の準備のために、サーメット体（２０、２１）を型中に、サーメット体が少なくとも部分的にその空洞（１４）中にあるように固定すること、セラミック塊を空洞（１４）中に射出成形によって入れ、それによって、少なくともサーメット体（２０、２１）の空洞（１４）中にある部分をセラミック塊によって完全に封入することを特徴とする方法。
4. サーメット体が、サーメット電極であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 圧縮が、加圧によって行われることを特徴とする請求項３に記載の方法。
6. サーメット体（２０、２１）の圧粉体が、主に、セラミック塊の主な粒度と少なくとも近似的に同じ大きさの粒度を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. サーメット体（２０、２１）の圧粉体に、焼結の際のセラミック部品の材料の収縮値と少なくとも近似的に同じ大きさの収縮値を有する材料を選択することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. セラミック塊が、射出成形によって型内に導入されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。

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