JPH0356604A - 放電焼結装置及びその装置を用いて放電焼結を行う方法 - Google Patents

放電焼結装置及びその装置を用いて放電焼結を行う方法

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JPH0356604A
JPH0356604A JP1190512A JP19051289A JPH0356604A JP H0356604 A JPH0356604 A JP H0356604A JP 1190512 A JP1190512 A JP 1190512A JP 19051289 A JP19051289 A JP 19051289A JP H0356604 A JPH0356604 A JP H0356604A
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潔 井上
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    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、放電焼結方法及びその方広を実施するための
装置に関する。
〔従来の技術〕
現在は、放電焼結は広く利用されている。
従来広く利用されている方法は、粉末材料に数十乃至数
百kg/c*”程度、最大でも3T/cm’程度の圧力
を掛けて軽く圧縮した状態で直流通電又は直流と交流の
重畳通電を行い、材料の温度が十分に高くなったとき、
圧力を上げて加圧威形するものである。
このような方法か採用されている理由は、粉末圧縮体の
抵抗が、圧力の3乗根に逆比例して減少するため、通電
以前に高圧力で圧縮すると、抵抗が減少し過ぎて、通電
に支障があると考えられていたためである。
然しなから、焼結体の寸法精度や、均質性、緻密性とい
う観点からすると、従来の低圧縮通電方式では、必ずし
も満足し得る品質が得られず、又、焼結のため大電力が
必要であると言う問題もあった。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明は、叙上の観点に立ってなされたものであり、そ
の目的とするところは、従来よりも緻密かつ均質で寸法
精度も高い良質の焼結体が得られる新規で経済的な放電
焼結方法及び装置を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記の目的は、通電前に材料を5T/Cm2以上20T
/cm2の高圧力で圧縮し、次いでパルス通電を加えつ
\圧縮焼結することにより達成される。
又、上記の放電焼結方法は、 導電性物質から成り、両端に円筒状の開口部を有する炉
室を具えた焼結炉と、 導電性物質から成り、上記焼結炉の開口部からそれぞれ
炉室内に摺動自在に挿入される円柱状の一対の圧縮通電
用パンチと、 上記炉室内に挿入された一対の圧縮通電用パノチの間に
設けられ、その圧縮通電用パンチから圧縮力と電流とを
供給される焼結成形用のダイ及びパンチと、 上記焼結成形用のダイ及びパンチの位置及び加圧力を制
御する装置と、 上記一対の圧縮通電用パンチにパルス電流を供給し得る
電源回路と、 上記焼結成形用のダイ及びパンチ又はその内部の温度を
検出する装置と、 上記上記温度検出装置の出力に応じ、かつ予め定められ
たプログラムに従って少なくとも上記電源回路の出力す
るパルス電流のパルス幅を制御する装置とから成る放電
焼結装置により実施できるものである。
〔作   用〕
上記の如き装置により、上記の放電焼結方法を実施すれ
ば、従来公知の方法よりも緻密で均質な焼結体か得られ
る。
又、本発明方法によれば、従来方法より低温度で焼結が
可能となるので、粉体材料に対する制約が緩和され、か
つ材料の性質を損なうことなく良質の焼結体が得られる
又、従来考えられていた程には、大電流を必要としない
ので、電力効率も良好である。
〔実 施 例〕
以下、図面を参照しつ\本発明の構成を具体的に説明す
る。
第1図は本発明にか入る放電焼結装置の一実施例を示す
正面略図、第2図は第1図に示した装置の主要部の構造
を示す断面図、第3図は電源回路の■例を示す説明図で
ある。
而して、第1図中、lはベッド、2及び3はヘッドlに
直立するカラム、4は焼結炉を収容する真空容器、5は
真空容器4の蓋、6はカラム2、3に昇降自在に支承さ
れた真空容器支持アーム、7は蓋5を開閉するアーム、
8は焼結加工用のヘッド、9はヘッド8を昇降するアー
ム、IOは上パンチ、l1は下パンチである。
後に示すように、焼結炉は真空容器4内に設けられてい
る。
真空容器支持アーム6は、カラム2、3により昇降自在
に支承されており、真空容器4を昇降せしめる。
蓋開閉アーム7は、焼結作業中は蓋5を真空容器4に押
しつけてそれを気密に閉鎖する。
上パンチ10はヘッド8内に設けた昇降装置(図示せず
)により昇降せしめられ、又下バンチ11はベッドl内
に設けた昇降装置(図示せず)により昇降せしめられる
第2図により装置の要部に就いて説明する。
第2図中、l2は焼結炉、l3は上バンチ10の下面に
固定され、焼結威形用バンチl4を支持するパンチホル
ダ、l5は焼結成形用のダイ、l6はダイl5を支承す
る支台、l7は下パンチ11の上面に固定されたダイホ
ルダ、l8ばボール、l9は焼結用の材料又は焼結体、
20は排気管、2lは真空ポンプである。
焼結炉l2は、グラファイトで構成され、真空容器4内
に固定されており、その中心部に円筒状の炉室を有し、
かつその炉室内には上下からそれぞれ上パンチlO及び
下パンチ11が挿入される。
上下のバンチ10及び11の間には、焼結或形用のパン
チl4及びダイl5がセットされる。
焼結成形用パンチl4は、上パンチ10の下面に取りつ
けられたパンチホルダl3により支承されている。
又、ダイl5は支台l6の上に載置されており、支台l
6は下パンチ11の上面に取りつけられたダイホルダl
7及び復数のボールl8、l8を介して支承されている
尚、図には省略したか、装置の要部には、温度計及び力
計か装着されており、それらの出カは後述する制御装置
に人力せしめられるように.構成されている。
焼結作業中は、真空容器4の内部は真空ボンブ2lによ
り排気され、真空状態に保たれる。これは焼結体内のガ
ス抜きと、焼結炉l2の外面の断熱のために行うしので
ある。
放電焼結を行う際には、先ず真空容器4を引き下げると
共に、上パンチ10及び下バンチ11を押し上げて、焼
結成形用パンチI4及びダイl5を蓋5の上に押し出し
、ダイl5の内部に所定量の材料を装填する。
次いで、下バンチ11及び上パンチ10を下げ、焼結成
形用バンチ14及びダイI5を焼結炉I2内に引き入れ
、真空容器4を気密に閉鎖し、真空ポンプ2lを作動さ
せて焼結炉12内を真空状態とし、必要に応じて上バン
チIO及び下パンチ11内に設けたガス供給路10a及
びllaから適宜の雰囲気ガスを供給する。
然る後、上パンチlO及び下パンチ11を作動させ、材
料を少なくとも5T/cm2、望ましくは10乃至l5
T,’cm”、場合によっては、20乃至30T /c
ya”の圧力で圧縮し、高密度の圧縮成形体とし、然る
後、上下のパンチ10111に例えば第3図に示すよう
な電源からパルス電流を供給する。
ここで加圧力を5T/cII12以上としたのは、それ
以下では材料の緻密化と抵抗の減少か不十分となり、装
置内で集中的な通電か出来ず、又小電流で完全な焼結か
不可能となるためである。
一方、加圧力の上限を、望ましくはlO乃至l5T’C
m2としたのは、主として型の経済性によるものである
。従って、十分強力な型か安価に供給される場合には、
加圧力を20乃至30T /cm”とすることが出来る
第3図中、22は商用電源に接続される受電端子、23
は整流回路、24は電流制御回路、25は焼結炉l2の
内部やダイl5に取りつけられる温度検出器、26は力
検出器、27及び28はA/D変換器、29はCPU、
30はパルス幅変調回路、3lはスイッチング回路、3
2は上パンチ10に接続される給電端子、33は下パン
チ11に接続される給電端子、34は装置の各部に設け
られるアクチュエー夕、モータ等の作動制御装置である
CPU29には、予め制御プログラムがロー卜されてお
り、そのプログラムに従って給電パルスのピーク値とパ
ルス幅か制御されるよう構成されている。尚、本実施例
に於いては、最も望ましいものとして給電パルスのピー
ク値とパルス幅を制御するよう説明するか、ピーク値の
制御は必須のものでなく、ピーク値は一定の望ましい値
に設定しておいて、パルス幅のみを制御するようt#l
ltしてもよいこと勿論である。
ダイl5内の焼結体l9の温度は、温度検出器25によ
り准定される。温度検出器25の出力はA/’D変換器
27によりデジタル信号に変換され、CPU29に送ら
れる。
又、上下のパンチlO及び11にかかる力は、力検出器
26により検出される。力検出器26の出力はA/D変
換器28によりデジタル信号に変換され、CPU29に
送られる。
CPU29は、予め与えられたプログラムに従って電流
制御回路24及びパルス幅変調回路30を制御し、焼結
体19の温度を所定の昇温曲線に合わせて制御すると共
に、制御装132を介して、焼結作業中はヘッド8内に
設けた上パンチ昇降用モータ及びベッドl内に設けた下
パンチ昇降用モータの作動を制御し、焼結体に加えられ
る圧力を制御し、かつ、材料の装填及び焼結体の取り出
しを実行するときは、カラム2及び3の内部に設けられ
た図示されていない真空容器支持アーム駆動用モータ、
蓋開閉アーム駆動用モータ、ヘッド昇降用アーム駆動用
モータ等の作動を制御するものである。
本発明に於いて、電流をパルス状に供給する理由は、P
WMにより正確に温度か制御できることもあるが、特に
本発明方法による場合、直流によるよりも焼結体内に均
一に通電かでき、偏析が生しないので、均質な焼結体か
得られることが判明したためである。
直流通電または交流通電では、一旦焼結体内に通電路か
形威されるとその後はその通電路に沿って電流が持続し
て流れる傾向があり、他の部分に対する通電が不十分と
なることか多く、特に本発明方法に於いてはその弊害が
大きい。
然しなから、パルス通電方式によれば、各パルス毎に通
電点か適宜に移動するので、全体的に均質な通電か可能
となり、そのため均質で緻密な焼結体が得られるもので
ある。
本発明方法によるときは、焼結体材料の抵抗か始めから
小さいから、電滝は主として焼結体材科を流れるが、焼
結炉l2、ダイ15等は、例えばグラフ7イト等の導電
性物質で製漬されるので、電流は焼結体l9のみならず
、焼結炉l2及びダイ15をら通って売れる。これらの
電流により焼結炉l2及びダイ15は高温度に加熱され
るか、この熱は予め計算されており、かつ結局焼結体l
9に吸収されるので、焼結時間の短縮に役立つ。
パルス電流の周期は300HZ乃至30KIIzとする
ことができるが、電源価格の観点から低周波電源が推奨
される。
電流は350A/cm’程度で十分であり、焼結温度は
概ねsoo − tooo℃程度でよい。
又、本発明によれば必要な場合!〜3分程度で焼結体を
3000℃程度に昇属できるので、経済的能率は極めて
高い。
〔発明の効果〕
本発明は上記の如く構成されるから、本発明によるとき
は、従来公知の焼結方法に依る場合に較べて、より緻密
で均質な焼結体を得ることができる。
又、本発明方法では、通電焼結による収縮率か小さいか
ら、本発明方法は型焼結に適しており、本発明によると
きは、従来品よりは寸法精度が高く、密度誤差が少ない
良質の焼結体が得られるものである。
又、本発明によれば、焼結温度が低くて済むので、通電
電流が小さくて済み、このため電源回路が比較的小容量
で足りる。
又、本発明方法によれば、磁石材、超硬合金、アマルフ
7ス合金その池の従来公知の全ての粉末材料のM8桔か
可能であるばかりでなく、低温度で焼結が可能なので、
従来焼結不可能であった材料のl尭結も可能となるもの
である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明にか1る放電焼結装置の一実施例を示す
正面略図、第2図は第1図に示した装置の主要部の構造
を示す断面図、第3図は電源回路の構或を示す説明図で
ある。 1 −  −一−・ −−−−ベッド 2、3−− −・一  カラム 4    −−−一  真空容器 5    −  −   一蓋 6−   −    一真空容器支持アーム7−−−−
一−    蓋開閉アーム 8 〜−−−−t\ツド 9  −・一 〜   ヘッド昇降用アーム10−− 
    一 上パンチ 1 1−− −〜−一   下パンチ 焼結炉 パンチホルダ 焼結成形用パンチ ダイ 支台 ダイホルダ ボール ・材料又は焼結体 排気管 真空ポンプ 商用電源接続端子 整流回路 電流制御回路 温度検出器 力検出器 A/D変換器 CPU パルス幅変調回路 スイッチング回路 給電端子 34 モータ制御回路

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)粉末状の材料を金型内に充填し、加圧圧縮しつつ
    通電して焼結体を得る放電焼結方法に於いて、材料の圧
    縮圧力を5T/cm^2以上20T/cm^2とし通電
    以前に高密度に圧縮する工程と、 上記高密度に圧縮された材料に、加圧下でパルス状電流
    を通電すると共に、そのピーク電流とパルス幅とを制御
    して材料温度を制御しつゝ圧縮焼結する工程とから成る
    上記の放電焼結方法。
  2. (2)下記(a)乃至(g)に記載の構成要素を具備す
    る放電焼結装置。 (a)導電性物質から成り、両端に円筒状の開口部を有
    する炉室を具えた焼結炉。 (b)導電性物質から成り、上記焼結炉の開口部からそ
    れぞれ炉室内に摺動自在に挿入される円柱状の一対の圧
    縮通電用パンチ。 (c)上記炉室内に挿入された一対の圧縮通電用パンチ
    の間に設けられ、その圧縮通電用パンチから圧縮力と電
    流とを供給される焼結成形用のダイ及びパンチ。 (d)上記焼結成形用のダイ及びパンチの位置及び加圧
    力を制御する装置。 (e)上記一対の圧縮通電用パンチにパルス電流を供給
    し得る電源回路。 (f)上記焼結成形用のダイ及びパンチ又はその内部の
    温度を検出する装置。 (g)上記上記温度検出装置の出力に応じ、かつ予め定
    められたプログラムに従って少なくとも上記電源回路の
    出力するパルス電流のパルス幅を制御する装置。
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