JP6654169B2

JP6654169B2 - 焼結用型の作製方法

Info

Publication number: JP6654169B2
Application number: JP2017138400A
Authority: JP
Inventors: ジャブリ・カレッド; 智宏佐藤; 進一竹井; 学小出
Original assignee: SINTER LAND INC.; Institute of National Colleges of Technologies Japan
Current assignee: SINTER LAND INC.; Institute of National Colleges of Technologies Japan
Priority date: 2017-07-14
Filing date: 2017-07-14
Publication date: 2020-02-26
Anticipated expiration: 2037-07-14
Also published as: JP2019019026A

Description

本発明は、例えば放電プラズマ焼結法に用いられる焼結用型の作製方法に関するものである。

従来、この種の焼結用型として、ダイ及び上下のパンチからなり、素材として、下記の表１に示すような諸物性を有する黒鉛（以下、「Ｇｒ又はグラファイト」ともいう。）を焼結してなるＧｒ焼結体や二硼化チタン（以下、「Ｔ_ｉＢ_２」ともいう。）を焼結してなるＴ_ｉＢ_２焼結体からなる構造のものが知られている。

この表１において、Ｇｒは機械的強度が低くて高圧力条件における焼結処理に応用することが難しく、やむを得ない場合、型の肉厚を厚くして機械的強度を増すことはできるものの、製品寸法の精度や製作コストに問題が生じ易く、一方、Ｔ_ｉＢ_２は機械的強度、例えば、曲げ強度はＧｒより４倍以上、硬さはＧｒより３倍以上大きい材料であることから、焼結用型の小型化が図れ、かつ、電気的特性ではＴ_ｉＢ_２の電気抵抗率はＧｒより小さいから、Ｇｒより電気を通し易く、ダイ及びパンチにおける温度分布は小さくできる。

特開２０１６−１３２６１２

しかしながら上記従来構造のうち、型素材としてＴｉＢ_２焼結体を用いたＴｉＢ_２型の場合、ＴｉＢ_２は硬さがＨＶ３,０００程度あり、形状加工が難しく、加工コストが高くなり、型としての応用分野が限られてしまうことがあるという不都合を有している。

本発明はこのような不都合を解決することを目的とするもので、本発明のうち、請求項１記載の発明は、放電プラズマ焼結用の型の作製方法であって、純度９９．９％以上、平均粒子サイズ６０μｍ以下、最大粒子サイズ１２０μｍ以下である黒鉛（以下、「Ｇｒ又はグラファイト」ともいう。）粉末と純度９９．９％以上、平均粒子サイズ６０μｍ以下、最大粒子サイズ１２０μｍ以下である二硼化チタン（以下、「Ｔ _ｉＢ _２」ともいう。）粉末との混合割合が黒鉛粉末２５重量％〜８０重量％、二硼化チタン粉末２０重量％〜７５重量％である混合粉末（以下、「Ｇｒ−Ｔ _ｉＢ _２混合粉末」ともいう。）を、放電プラズマ焼結法（以下、「ＳＰＳ法」ともいう。）を用いて、焼結温度１，７００℃以上２，１００℃以下、焼結圧力２０ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下である焼結条件下で焼結された、相対密度は理論密度の９５％以上である黒鉛二硼化チタン焼結体（以下、「Ｇｒ−Ｔ _ｉＢ _２焼結体」ともいう。）からなる型を作製することを特徴とする焼結用型の作製方法にある。

又、請求項２記載の発明は、上記焼結条件下の焼結雰囲気は、真空雰囲気であることを特徴とするものであり、又、請求項３記載の発明は、上記焼結条件下の焼結雰囲気は、不活性ガス雰囲気であることを特徴とするものである。

本発明は上述の如く、請求項１記載の発明にあっては、黒鉛粉末と二硼化チタン粉末との混合粉末を、放電プラズマ焼結法を用いて焼結された、黒鉛二硼化チタン焼結体からなる焼結用型であるから、放電プラズマ焼結法により作製することにより短時間焼結が可能となり、焼結用型のコスト低減を図ることができ、例えば約２，０００℃程度の高温、約２５０ＭＰａ程度の高圧の焼結条件でのプラズマ焼結用型として使用したとしても、焼結用型の変形がきわめて少なく、焼結用型の変形による焼結体の寸法精度の低下を防ぐことができ、他の焼結に再利用することもでき、かつ、上記黒鉛粉末と上記二硼化チタン粉末との混合割合として、黒鉛粉末２５重量％〜８０重量％、二硼化チタン粉末２０重量％〜７５重量％であるから、黒鉛二硼化チタン焼結体の機械的強度の低下を防いで過酷な焼結条件に応用することができ、加工コストの低減を図ることができ、さらに、上記黒鉛粉末は、純度９９．９％以上、平均粒子サイズ６０μｍ以下、最大粒子サイズ１２０μｍ以下であるから、黒鉛二硼化チタン焼結体の機械的強度の低下を防ぎ、高温高圧下の焼結用の型として利用することができ、さらに、上記二硼化チタン粉末は、純度９９．９％以上、平均粒子サイズ６０μｍ以下、最大粒子サイズ１２０μｍ以下であるから、黒鉛二硼化チタン焼結体の機械的強度の低下を防ぎ、高温高圧下の焼結用の型として利用することができ、さらに、上記焼結の条件は、焼結温度１，７００℃以上２，１００℃以下、焼結圧力２０ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下であるから、Ｇｒ−Ｔ _ｉＢ _２焼結体の機械的強度の低下を防止することができ、高精度の焼結用型を得ることができ、さらに、上記黒鉛二硼化チタン焼結体の相対密度は理論密度の９５％以上であるから、熱伝導率の低下を防いで焼結用型の温度むらを防ぐことができ、焼結用型の割れを防ぐことができる。

又、請求項２記載の発明にあっては、上記焼結条件下の焼結雰囲気は、真空雰囲気としているから、酸化反応を防ぐことができ、高品質の焼結用型を作製することができ、又、請求項３記載の発明にあっては、上記焼結条件下の焼結雰囲気は、不活性ガス雰囲気であることとしているから、酸化反応を防ぐことができ、高品質の焼結用型を作製することができる。

本発明の実施の形態例の焼結用型の説明斜視図である。本発明の実施の形態例の放電プラズマ焼結法の説明図である。本発明の実施の形態例の放電プラズマ焼結法の拡大説明図である。本発明の実施の形態例の焼結用型のＸ線回折パターン図である。本発明の実施の形態例の焼結用型のＳＥＭによる組織写真である。本発明の実施の形態例の焼結用型の電気抵抗の温度依存性を示す図である。

図１乃至図６は本発明の実施の形態例を示し、Ｍは焼結用型であって、図１の如く、ダイＭ_１及び上下のパンチＭ_２・Ｍ_２から構成され、この場合、ダイＭ_１及び上下のパンチＭ_２・Ｍ_２のいずれにあっても、黒鉛（以下、「Ｇｒ又はグラファイト」ともいう。）粉末と二硼化チタン（以下、「Ｔ_ｉＢ_２」ともいう。）粉末との混合粉末（以下、「Ｇｒ−Ｔ_ｉＢ_２混合粉末」ともいう。）Ｗを、放電プラズマ焼結法（以下、「ＳＰＳ法」ともいう。）を用いて焼結された、黒鉛二硼化チタン焼結体（以下、「Ｇｒ−Ｔ_ｉＢ_２焼結体」ともいう。）により作製されている。

この場合、焼結用型Ｍの作製において、例えば、パンチＭ_２・Ｍ_２の作製にあっては、図２、図３の如く、グラファイトからなるダイＤ及びダイＤの穴Ｄ_１に挿入された上下のグラファイトからなるパンチＰ・Ｐにより構成されるグラファイト製の焼結型Ｓを用意し、このダイＤの穴Ｄ_１とパンチＰ・Ｐにより形成された空間に焼結材料としての黒鉛粉末と二硼化チタン粉末との混合粉末Ｗを充填し、例えば、密閉構造のチャンバーＣ内に焼結型Ｓを配置し、上部電極ＰＵ、下部電極ＰＤ及び上部電極ＰＵを上下加圧動作させる加圧機構Ｋ、上部電極ＰＵ及び下部電極ＰＤ間にパルス電流を流すパルス電源ユニットＵ、制御ユニットＧ等を備えてなる通電加圧焼結機Ｔを用意し、通電加圧焼結機Ｔを用いて、上記グラファイトからなる焼結型Ｓ内に充填されたＧｒ−Ｔ_ｉＢ_２混合粉末ＷをパンチＰ・Ｐにより圧力を加えながらパルス電流を流して焼結材料としてのＧｒ−Ｔ_ｉＢ_２混合粉末Ｗ及び焼結型Ｓの自己発熱効果（ジュール発熱効果）により焼結する放電プラズマ焼結法により作製するようにしている。尚、ダイＭ_１の作製にあっては、例えば、図２、図３のダイＤの穴Ｄ_１に図示省略の中子を装入して上記同様に焼結してリング状に作製したり、又は、円柱状に焼結後にダイＭ_１に穴を追加加工により形成して作製することもある。この焼結用型Ｍの形状や構造は上記実施の形態例に限られるものではない。

ここにおいて、上記黒鉛粉末と上記二硼化チタン粉末との混合割合は、黒鉛粉末２５重量％〜８０重量％、二硼化チタン粉末２０重量％〜７５重量％である。その理由は、黒鉛粉末が２５重量％以下になると、難加工焼結体ができてしまい、それによって加工コストが必要以上に高くなり、黒鉛粉末が８０重量％以上になると、従来の黒鉛製品と変わらない低機械強度の製品になるので過酷な焼結条件に応用することができない。又、二硼化チタン粉末が２０重量％以下になると、従来の黒鉛製品と変わらない低機械強度の製品になるので過酷な焼結条件に応用することができず、二硼化チタン粉末が７５重量％以上になると、難加工焼結体ができてしまい、それによって加工コストが必要以上に高くなるからである。

又、上記Ｇｒ−ＴｉＢ_２混合粉末Ｗの黒鉛粉末は、純度９９．９％以上、平均粒子サイズ６０μｍ以下、最大粒子サイズ１２０μｍ以下である。その理由は、純度９９．９％以下の原料を用いた場合、不純物の含有量が多くなり、不純物の種類によっては焼結体の焼結反応を促進し、黒鉛二硼化チタン焼結体の粒子が大きく成長し、その結果、黒鉛二硼化チタン焼結体の機械的強度が低下し、高温高圧下の焼結用の型として利用できないことになり、純度９９．９％以上であれば黒鉛二硼化チタン焼結体への不純物の影響を無視することができ、又、平均粒子サイズが６０μｍを超えると焼結反応速度が遅くなり、結晶粒子も大きく成長し、緻密な焼結体が得られず、結晶粒子の大きいＧｒ−Ｔ_ｉＢ_２焼結体は機械的強度が低くなり、高温高圧下の焼結用の型として利用できないことになり、又、最大粒子サイズが１２０μｍを超えるとＧｒ−Ｔ_ｉＢ_２焼結体の機械的強度が著しく低下するからである。なお、上記黒鉛粉末の最大粒子サイズは１００μｍ以下が好ましい。その理由は焼結体の機械強度の低下を考慮したからである。

又、上記Ｇｒ−ＴｉＢ_２混合粉末Ｗの二硼化チタン粉末は純度９９．９％以上、平均粒子サイズ６０μｍ以下、最大粒子サイズ１２０μｍ以下である。その理由は、純度９９．９％以下の原料を用いた場合、不純物の含有量が多くなり、不純物の種類によっては焼結体の焼結反応を促進し、黒鉛二硼化チタン焼結体の粒子が大きく成長し、その結果、黒鉛二硼化チタン焼結体の機械的強度が低下し、高温高圧下の焼結用の型として利用できないことになり、純度９９．９％以上であれば黒鉛二硼化チタン焼結体への不純物の影響を無視することができ、又、平均粒子サイズが６０μｍを超えると焼結反応速度が遅くなり、結晶粒子も大きく成長し、緻密な焼結体が得られず、結晶粒子の大きいＧｒ−Ｔ_ｉＢ_２焼結体は機械的強度が低くなり、高温高圧下の焼結用の型として利用できないことになり、又、最大粒子サイズが１２０μｍを超えるとＧｒ−Ｔ_ｉＢ_２焼結体の機械的強度が著しく低下するからである。なお、上記二硼化チタン粉末の最大粒子サイズは１００μｍ以下が好ましい。その理由は焼結体の機械強度の低下を考慮したからである。

又、上記焼結の条件は、焼結温度１，７００℃以上２，１００℃以下、焼結圧力２０ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下である。その理由は、焼結温度が１，７００℃未満になると焼結反応の速度が極端に遅くなり、焼結の生産コストが高くなり、焼結温度が２，１００℃を超えると焼結速度が速くなるが、焼結体結晶粒子のサイズが大きく成長し、Ｇｒ−Ｔ_ｉＢ_２焼結体の機械的強度が低下し、焼結用型Ｍの焼結にあたっては、通常、グラファイトからなる焼結型Ｓを使用することがあり、そのグラファイトからなる焼結型Ｓの変形量が許容範囲を超えるおそれがあり、高精度の焼結用型Ｍを得ることができず、又、焼結圧力が２０ＭＰａ未満になると焼結反応は生じても緻密化時間が極端に長くなり、製造コストが高くなり、又、焼結圧力が１００ＭＰａを超えると緻密化時間は短くなるが、上記グラファイトからなる焼結型Ｓの変形量が許容範囲を超えるおそれがあり、量産性が低下するからである。なお、焼結温度は１，８００℃以上２，０００℃以下、焼結圧力は３０ＭＰａ以上８０ＭＰａ以下が好ましい。その理由は焼結反応の速度の低下を防いで生産コストの低減及び上記グラファイトからなる焼結型Ｓの変形を考慮し、高品質の焼結用型Ｍの作製を考慮したからである。

又、上記黒鉛二硼化チタン焼結体の相対密度は理論密度の９５％以上である。その理由は、相対密度が９５％以下になると、空隙率が大きくなって焼結用型Ｍの熱伝導率が悪くなり、熱伝導率の低下により焼結用型Ｍの温度むらが強くなり、焼結用型Ｍにより焼結される製品の精度が低下し、又、焼結中空隙に応力集中して外部から加えられる焼結圧力より型の機械的強度以上の応力が発生する可能性があり、焼結中に型が割れてしまう危険性があるからである。

又、この場合、上記焼結条件下の焼結雰囲気は、真空雰囲気、例えば、１０Ｐａ以下とされている。その理由は、真空雰囲気とすることにより、酸化反応を防ぐことができ、高品質の焼結用型Ｍを作製することができるからである。又、上記焼結条件下の焼結雰囲気として、不活性ガス雰囲気とすることもあり、その理由は、アルゴンガスや窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気とすることにより、酸化反応を防ぐことができ、高品質の焼結用型Ｍを作製することができるからである。

この実施の形態例は上記構成であるから、図１、図２、図３の如く、グラファイトからなるダイＤの穴Ｄ_１及びグラファイトからなるパンチＰ・Ｐにより構成されるグラファイト製の焼結型Ｓの空間に焼結材料としてのＧｒ−Ｔ_ｉＢ_２混合粉末Ｗを充填し、密閉構造のチャンバーＣ内に焼結型Ｓを配置し、加圧機構Ｋ、パルス電源ユニットＵ及び制御ユニットＧからなる通電加圧焼結機Ｔにより、上記焼結型Ｓ内に充填されたＧｒ−Ｔ_ｉＢ_２混合粉末ＷをパンチＰ・Ｐにより圧力を加えながらパルス電流を流して焼結材料としてのＧｒ−Ｔ_ｉＢ_２混合粉末Ｗ及び焼結型Ｓの自己発熱効果（ジュール発熱効果）により焼結する放電プラズマ焼結法により焼結され、しかして、黒鉛二硼化チタン焼結体からなる焼結用型Ｍを作製することになるから、作製された焼結用型Ｍにおいては、放電プラズマ焼結法により作製することにより短時間焼結が可能となり、焼結用型Ｍのコスト低減を図ることができ、例えば約２，０００℃程度の高温、約２５０ＭＰａ程度の高圧の焼結条件でのプラズマ焼結用型Ｍとして使用したとしても、焼結用型Ｍの変形がきわめて少なく、焼結用型Ｍの変形による焼結体の寸法精度の低下を防ぐことができ、他の焼結に再利用することもできる。

ここにおいて、焼結温度１，７００℃、圧力３０ＭＰａの低温低圧の焼結条件下で作製されたＧｒ−Ｔ_ｉＢ_２焼結体の相対密度は理論密度の９０％となり、又、焼結温度１，８００℃、圧力３０ＭＰａの低温低圧の条件下で９５％となり、又、焼結温度２,１００℃、圧力１００ＭＰａの高温高圧の焼結条件下で作製されたＧｒ−Ｔ_ｉＢ_２焼結体の相対密度が最大１００％となることが確認され、ここに、理論密度とは焼結体中に全く空隙がないと仮定したときの密度をいい、結晶構造を用いて計算される。計算においては、結晶構造の大きさ及び結晶構造を構成するすべての原子の重量を利用して計算する。相対密度とは焼結後の焼結体の密度をアルキメデス法などの密度測定方法によって測定した値を理論密度の割合として表すものである。

この場合、上記黒鉛粉末と上記二硼化チタン粉末との混合割合として、黒鉛粉末２５重量％〜８０重量％、二硼化チタン粉末２０重量％〜７５重量％であるから、黒鉛二硼化チタン焼結体の機械的強度の低下を防いで過酷な焼結条件に応用することができ、加工コストの低減を図ることができる。

又、この場合、上記黒鉛粉末は、純度９９．９％以上、平均粒子サイズ６０μｍ以下、最大粒子サイズ１２０μｍ以下であるから、黒鉛二硼化チタン焼結体の機械的強度の低下を防ぎ、高温高圧の焼結の型として利用することができる。

又、この場合、上記二硼化チタン粉末は、純度９９．９％以上、平均粒子サイズ６０μｍ以下、最大粒子サイズ１２０μｍ以下であるから、黒鉛二硼化チタン焼結体の機械的強度の低下を防ぎ、高温高圧下の焼結用の型として利用することができる。

又、この場合、上記焼結の条件は、焼結温度１，７００℃以上２，１００℃以下、焼結圧力２０ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下であるから、Ｇｒ−Ｔ_ｉＢ_２焼結体の機械的強度の低下を防止することができ、高精度の焼結用型Ｍを得ることができる。

又、この場合、上記黒鉛二硼化チタン焼結体の相対密度は、理論密度の９５％以上であるから、熱伝導率の低下を防いで焼結用型Ｍの温度むらを防ぐことができ、焼結用型Ｍの割れを防ぐことができる。

又、この場合、上記焼結条件下の焼結雰囲気は、真空雰囲気とされているから、酸化反応を防ぐことができ、高品質の焼結用型Ｍを作製することができ、又、上記焼結条件下の焼結雰囲気として、不活性ガス雰囲気とすることにより、同じく、酸化反応を防ぐことができ、高品質の焼結用型Ｍを作製することができる。

この実施の形態例により作製されたＧｒ−Ｔ_ｉＢ_２焼結体からなる焼結用型Ｍは、図４のＸ線回折パターン図によれば、いずれのピークも黒鉛結晶とＴ_ｉＢ_２結晶に同定していることがわかり、ここに、Ｘ線回折パターンの測定にあっては、放電プラズマ焼結法を用いてＧｒ−Ｔ_ｉＢ_２バルクサンプルを作製し、そのバルクサンプルを粉砕して結晶相同定のためのＸ線回折用サンプルとし、株式会社リガク製のＵｌｔｉｍａＩＶのＸ線回折装置を用い、回折角度（２θ）５°〜８５°の範囲で測定を行った。その結果、ＧｒとＴ_ｉＢ_２の二相であることがわかった。

又、図５のＳＥＭによる組織写真によれば、（イ）のＧｒ−Ｔ_ｉＢ_２焼結体の組織が緻密化していることがわかり、さらに、フレーク組織を示す（ロ）の市販黒鉛金型と異なり、（イ）のＧｒ−Ｔ_ｉＢ_２焼結体においては、フレーク組織を示さないこともわかる。

又、図６の電気抵抗の温度依存性を示す図によれば、金属特性を示す素材であることがわかる。この電気抵抗の温度依存性の測定にあっては、放電プラズマ焼結法を用いて作製したＧｒ−Ｔ_ｉＢ_２焼結体を放電加工により長さ３０ｍｍ、直径６ｍｍに切断してサンプルを得て、その後、四端子法によりサンプルの電流と電圧の関係の温度依存性を測定した。電流、電圧測定には、ＡＤＣＭＴ製６２４２直流電圧電流電源及びモニターを用い、各温度における電流、電圧のプロットからサンプルの電気抵抗を測定した。

[実施例１]
純度９９．９％、平均粒子サイズ６０μｍ以下のＧｒ粉末及び純度９９．９％、平均粒子サイズ６０μｍ以下のＴ_ｉＢ_２粉末を用い、黒鉛粉末と上記二硼化チタン粉末とを黒鉛粉末５０重量％、二硼化チタン粉末５０重量％の混合割合で混合し、このＧｒ−Ｔ_ｉＢ_２混合粉末Ｗを、放電プラズマ焼結法を用いて焼結してＧｒ−Ｔ_ｉＢ_２焼結体からなる焼結用型Ｍを作製した。焼結後の型寸法は、ダイＭ_１にあっては、外径５０．００ｍｍ、内径２０．０５ｍｍ、高さ４０．００ｍｍ、各パンチＭ_２・Ｍ_２にあっては、それぞれ外径２０．００ｍｍ、長さ２５．００ｍｍである。上記焼結の条件は、焼結温度２,０００℃、焼結圧力４０ＭＰａ、焼結時間２０分及び焼結雰囲気は真空雰囲気である。作製した焼結用型Ｍの相対密度は９８％であった。

[焼結例１]
この実施例１で作製したＧｒ−Ｔ_ｉＢ_２焼結体を放電加工により仕上して焼結用型Ｍを作製し、この焼結用型Ｍを用い、焼結用型Ｍ内に焼結材料を充填しない状態（ブランク焼結）で、真空雰囲気、温度１,９００℃、圧力２０ＭＰａ、焼結時間６０分の焼結条件で焼結テストを試みた。上記焼結条件で三サイクルを繰り返し行ったが、焼結前後のＧｒ−ＴｉＢ_２焼結体から作製した焼結用型Ｍの割れや焼結用型Ｍの寸法変形はないことを確認した。

［比較例１］
市販の黒鉛金型を用い、黒鉛金型内に焼結材料を充填しない状態（ブランク焼結）で、焼結例１に記載した焼結条件と同じ焼結条件で三セットの金型で焼結テストを試みた。上記焼結条件で三サイクルを繰り返し行い、焼結前後の黒鉛金型の割れや黒鉛金型の寸法変形はないことを確認したが、変形に関して、パンチ直径は０．３３０ｍｍ太くなり、パンチ長さは０．７９０ｍｍ短くなり、一方、ダイの内径は０．３３５ｍｍ大きくなり、黒鉛金型の変形量が許容範囲外であることを確認した。

[実施例２]
純度９９．９％、平均粒子サイズ６０μｍのＧｒ粉末及び純度９９．９％、平均粒子サイズ６０μｍのＴｉＢ_２粉末を用い、黒鉛粉末と上記二硼化チタン粉末とを黒鉛粉末５０重量％、二硼化チタン粉末５０重量％の混合割合で混合し、このＧｒ−Ｔ_ｉＢ_２混合粉末Ｗを放電プラズマ焼結法を用いて焼結してＧｒ−Ｔ_ｉＢ_２焼結体からなる焼結用型Ｍを作製した。焼結後の型寸法は、ダイＭ_１にあっては、外径５０．００ｍｍ、内径２０．０５ｍｍ、高さ４０．００ｍｍ、各パンチＭ_２・Ｍ_２にあっては、それぞれ外径２０．００ｍｍ、長さ２５．００ｍｍである。焼結条件は、焼結温度２，０００℃、圧力６０ＭＰａ、焼結時間３０分及び焼結雰囲気は真空雰囲気である。作製した焼結用型Ｍの相対密度は９９％であった。

［焼結例２］
この実施例２で作製したＧｒ−Ｔ_ｉＢ_２焼結体からなる焼結用型Ｍを用い、焼結用型Ｍ内に焼結材料を充填しない状態（ブランク焼結）で、真空雰囲気、温度２，０００℃、焼結圧力２５０ＭＰａ、焼結時間３０分の焼結条件で焼結テストを三セットで試みた。上記焼結例１と同様に、上記焼結条件で三サイクルを繰り返し行ったが、焼結後のＧｒ−ＴｉＢ_２焼結体から作製した焼結用型Ｍの割れや焼結用型Ｍの寸法変形はないことを確認した。

［比較例２］
市販の黒鉛金型を用い、黒鉛金型内に焼結材料を充填しない状態（ブランク焼結）で、焼結例２と同じ焼結条件で焼結テストを試みた。上記焼結条件で三サイクルを繰り返し行った焼結例１と同様に焼結後の黒鉛金型の割れや焼結前後の黒鉛金型の寸法変化を確認した。焼結圧力８０ＭＰａで割れが発生することを確認した。

［実施例３］
純度９９．９％、平均粒子サイズ６０μｍのＧｒ粉末及び純度９９．９％、平均粒子サイズ６０μｍ以下のＴｉＢ_２粉末を用い、黒鉛粉末と上記二硼化チタン粉末とを黒鉛粉末２５重量％、二硼化チタン粉末７５重量％の混合割合で混合し、このＧｒ−Ｔ_ｉＢ_２混合粉末Ｗを放電プラズマ焼結法を用いて焼結してＧｒ−Ｔ_ｉＢ_２焼結体からなる焼結用型Ｍを作製した。焼結用型Ｍの型寸法は、ダイＭ_１にあっては、外径５０．００ｍｍ、内径２０．０５ｍｍ、高さ４０．００ｍｍ、各パンチＭ_２・Ｍ_２にあっては、それぞれ外径２０．００ｍｍ、長さ２５．００ｍｍである。焼結条件は、焼結温度２，０００℃、圧力６０ＭＰａ、焼結時間３０分及び焼結雰囲気は真空雰囲気である。作製した焼結用型Ｍの相対密度は９９％であった。

［焼結例３］
この実施例３で作製したＧｒ−Ｔ_ｉＢ_２焼結体からなる焼結用型Ｍを用い、焼結用型Ｍ内に焼結材料としてのタングステン粉末を充填し、真空雰囲気、焼結温度２，４００℃、圧力４０ＭＰａ、焼結時間１５分の焼結条件で焼結テストを試みた。上記焼結条件で三サイクルを繰り返し行ったが焼結前後の焼結用型Ｍの割れや焼結用型Ｍの寸法変形はないことを確認した。

［比較例３］
市販の黒鉛金型を用い、黒鉛金型内に焼結材料としてのタングステン粉末を充填し、焼結例３と同じ焼結条件で焼結テストを試みた。上記焼結例１及び焼結例２と同様に焼結前後の黒鉛金型の割れ及び黒鉛金型の寸法の変形量を確認した。黒鉛金型の割れはなかったが、黒鉛金型の寸法はダイ内径は０．４７０ｍｍ大きくなり、パンチ直径は０．４６０ｍｍ太くなり、パンチ長さは１．０９２ｍｍ短くなったことを確認した。

［実施例４］
純度９９．９％、平均粒子サイズ６０μｍ以下のＧｒ粉末及び純度９９．９％、平均粒子サイズ６０μｍのＴｉＢ_２粉末を用い、黒鉛粉末と上記二硼化チタン粉末とを黒鉛粉末８０重量％、二硼化チタン粉末２０重量％の混合割合で混合し、このＧｒ−Ｔ_ｉＢ_２混合粉末Ｗを放電プラズマ焼結法を用いて焼結してＧｒ−Ｔ_ｉＢ_２焼結体からなる焼結用型Ｍを作製した。焼結後の型寸法は、ダイＭ_１にあっては、外径５０．００ｍｍ、内径２０．０５ｍｍ、高さ４０．００ｍｍ、各パンチＭ_２・Ｍ_２にあっては、それぞれ外径２０．００ｍｍ、長さ２５．００ｍｍである。焼結条件は、焼結温度２，０００℃、圧力６０ＭＰａ、焼結時間３０分及び焼結雰囲気は真空雰囲気である。作製した焼結用型Ｍの相対密度は９９％であった。

［焼結例４］
この実施例４で作製したＧｒ−Ｔ_ｉＢ_２焼結体からなる焼結用型Ｍを用い、焼結用型Ｍ内に焼結材料としてのタングステン粉末を充填し、真空雰囲気、焼結温度２，４００℃、圧力２５０ＭＰａ、焼結時間１５分の焼結条件で焼結テストを試みた。焼結後の焼結用型Ｍの割れや焼結前後の焼結用型Ｍの寸法変化はないことを確認した。

［比較例４］
市販の黒鉛金型を用い、黒鉛金型内に焼結材料としてのタングステン粉末を充填し、焼結例４と同じ焼結条件で焼結テストを試みた。上記焼結例１及び焼結例２と同様に焼結前後の黒鉛金型の割れ及び黒鉛金型の寸法の変形量を確認した。焼結圧力８０ＭＰａ程度で割れが発生することを確認した。

尚、本発明は上記実施の形態例に限られるものではなく、例えば、放電プラズマ焼結法以外の焼結法に用いられる焼結用型Ｍに適用することもあり、又、焼結用型ＭのダイＭ_１やパンチＭ_２・Ｍ_２の形状等は適宜変更して設計されるものである。

以上の如く、所期の目的を充分達成することができる。

ＷＧｒ−Ｔ_ｉＢ_２混合粉末
Ｍ焼結用型

Claims

放電プラズマ焼結用の型の作製方法であって、純度９９．９％以上、平均粒子サイズ６０μｍ以下、最大粒子サイズ１２０μｍ以下である黒鉛（以下、「Ｇｒ又はグラファイト」ともいう。）粉末と純度９９．９％以上、平均粒子サイズ６０μｍ以下、最大粒子サイズ１２０μｍ以下である二硼化チタン（以下、「Ｔ _ｉＢ _２」ともいう。）粉末との混合割合が黒鉛粉末２５重量％〜８０重量％、二硼化チタン粉末２０重量％〜７５重量％である混合粉末（以下、「Ｇｒ−Ｔ _ｉＢ _２混合粉末」ともいう。）を、放電プラズマ焼結法（以下、「ＳＰＳ法」ともいう。）を用いて、焼結温度１，７００℃以上２，１００℃以下、焼結圧力２０ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下である焼結条件下で焼結された、相対密度は理論密度の９５％以上である黒鉛二硼化チタン焼結体（以下、「Ｇｒ−Ｔ _ｉＢ _２焼結体」ともいう。）からなる型を作製することを特徴とする焼結用型の作製方法。
上記焼結条件下の焼結雰囲気は、真空雰囲気であることを特徴とする請求項１記載の焼結用型の作製方法。
上記焼結条件下の焼結雰囲気は、不活性ガス雰囲気であることを特徴とする請求項１記載の焼結用型の作製方法。