JPH07216409A - 放電プラズマ焼結方法および装置 - Google Patents

放電プラズマ焼結方法および装置

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JPH07216409A
JPH07216409A JP6034129A JP3412994A JPH07216409A JP H07216409 A JPH07216409 A JP H07216409A JP 6034129 A JP6034129 A JP 6034129A JP 3412994 A JP3412994 A JP 3412994A JP H07216409 A JPH07216409 A JP H07216409A
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滋 松井
Masao Tokita
正雄 鴇田
Tamotsu Akashi
保 明石
Masahito Tani
雅人 谷
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 成形ダイ中に装入した粉末状材料をパンチで
加圧して圧縮したのち、パンチを通してパルス電流を印
加して焼結体を得る場合、パンチが成形ダイの材料装入
部に挿入される先端部と先端部より断面積の大きい基部
を具え、成形ダイが材料装入部とパンチの基部が嵌入す
る端部を具えた構造とする。 【効果】 大電流を印加して急速昇温した場合にもパン
チ先端部への電流集中がなく先端部の過熱が回避される
結果、効率良い焼結作業を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、放電プラズマ焼結方法
および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】放電プラズマ焼結は、これまで焼結の難
しかった材料、例えばウイスカーなどを含むセラミック
ス複合材料や繊維強化金属材料（ＦＲＭ）などの焼結、
高温焼結特性の損なわれ易いアモルファス材料や電子材
料などの低温焼結を可能にするものとして注目されてい
る。
【０００３】放電プラズマ焼結は、図２にその要部を示
すように、真空容器（図示せず）内に設けられた焼結炉
（図示せず）に成形ダイ１と成形ダイ１に挿入されるパ
ンチ２を配設し、成形ダイ１内に粉末状の成形材料Ｍを
装入してパンチ１に荷重Ｐとして５〜２０Ｔ／ｃｍ2 の
圧縮応力を付加し、材料Ｍを上下から圧縮したのち、パ
ンチ１を通して材料Ｍにパルス状電流を通電することに
より行われている。パルス電流を使用する理由は、各パ
ルス毎に通電点が移動して全体的に均質な通電が可能と
なり、均質で緻密な焼結体が得られるためであり、通常
パルスのピーク値とパルス幅を制御することにより材料
温度の制御が行われる。（特開平3 −56604 号公報)
【０００４】図２に示す成形ダイとパンチを具えた従来
の放電プラズマ焼結法においては、パンチ１を通して材
料Ｍに印加される（経路Ａ）パルス電流がパンチ１から
成形ダイ２にも流れて（経路Ｂ）成形ダイ１を発熱さ
せ、この成形ダイ１の発熱が材料Ｍを保温する役割を果
たすが、急速昇温を行うために比較的大きな電流を印加
した場合、電流がパンチに集中してパンチを過熱し、パ
ンチの損耗を早め焼結作業にもトラブルを生ぜしめると
いう問題点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、放電プラズ
マ焼結における上記従来の問題点を解消するためになさ
れたものであり、大電流を印加した場合にもパンチを過
熱することがなく急速昇温を可能として焼結作業効率を
向上させることができる放電プラズマ焼結方法および装
置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明による放電プラズマ焼結方法は、粉末状の材
料を成形ダイ中に装入し、パンチで圧縮したのちパンチ
を通してパルス状電流を通電することにより焼結体を得
る放電プラズマ焼結方法において、成形ダイの材料装入
部に挿入される先端部と該先端部より断面積の大きい基
部を有するパンチ、および材料装入部とパンチの基部が
嵌入する端部を具えた成形ダイを使用して圧縮、通電す
ることにより、パンチ先端部への電流集中を避けるよう
にしたことを特徴とする。
【０００７】また、本発明による放電プラズマ焼結装置
は、粉末状の材料を装入する成形ダイと、該成形ダイ中
に挿入され材料を圧縮するとともに材料にパルス電流を
通電するパンチを有する放電プラズマ焼結装置におい
て、パンチが成形ダイの材料装入部に挿入される先端部
と該先端部より断面積の大きい基部を具え、成形ダイが
材料装入部とパンチの基部を嵌入する端部を具えている
ことを構成上の特徴とする。
【０００８】本発明の放電プラズマ焼結装置において
は、図１にその主要部を示すように、パンチ２、２の形
状が、成形ダイ１の粉末状の材料Ｍの装入部３に挿入さ
れる先端部５、５と先端部５、５より断面積の大きい基
部６、６の２段階に構成され、成形ダイ１が材料装入部
３とパンチ２の基部６、６を嵌入する端部４、４から構
成される。本発明においては、パンチ２の基部６と成形
ダイ１の端部４との嵌合は重要であり、本発明の効果を
達成するために精度によい嵌合状態を形成する必要があ
る。パンチ１および成形ダイ２からなる通電圧縮機構
は、従来の装置と同様、焼結炉（図示せず）内に配設さ
れ、焼結炉は真空容器（図示せず）内に収められてい
る。成形ダイおよびパンチはいずれも超硬金属、超硬合
金、炭素系材料など導電性材料からなる。
【０００９】焼結作業は、成形ダイの内部に所定量の粉
末状の材料を装入し、成形ダイおよびパンチを焼結炉内
にセットし、真空容器を密封して真空ポンプで焼結炉内
を真空状態とし、必要に応じて真空容器内に不活性雰囲
気ガスを充填した後、パンチを作動させ成形ダイ内の材
料を圧縮力Ｐ（例えば０．１〜２０Ｔ／ｃｍ2)で押圧し
て圧縮したのち、高密度に圧縮された材料にパンチを通
して、例えば周期３０〜３００ＫＨｚで１５０〜５００
Ａ／ｃｍ2 のパルス電流を通電し、材料を例えば５００
〜２００℃程度に加熱し焼結を行う。
【００１０】本発明において、パンチ２は図１に示すよ
うに先端部５と基部６からなるが、先端部と基部とは一
体のものであってもよく、別体のものを組合わせてもよ
い。パンチおよびパンチが嵌入する成形ダイの材料装入
部の断面は、一般には円形であるが、材料の焼結形状に
応じて４角形その他の多角形とすることもできる。パン
チの基部６の断面は先端部５の断面（通電断面）の１．
２倍以上の面積を有するのが好ましく、さらに好ましく
は、先端部に対して１．５倍以上の断面積を有する基部
を具えたパンチを使用するのがよい。上限は２倍以下と
するのが実際作業上便利である。
【００１１】
【作用】本発明においては、上記の構成により、図１に
示すように、材料Ｍにパンチ３を通してパルス電流を通
電する場合、電流は、パンチ−材料−パンチの経路（経
路Ａ）で流れる他、パンチの端部−先端部−成形ダイ−
先端部−パンチの端部の経路（経路Ｂ）、パンチの端部
−成形ダイ−パンチの端部の経路（経路Ｃ）でも流れる
結果、電流が分散され、とくにパンチの端部６と成形ダ
イ１の端部４とは精度良く嵌合しており、且つパンチの
基部は先端部に比べて通電面積が大きく抵抗が減ずるた
め、経路Ｃには経路Ｂに比べてより大きい電流が流れる
から、パンチ先端部への電流集中が避けられ、大電流を
通電した場合にもパンチ先端部の過熱が抑制される。経
路Ｂ、経路Ｃに流れる電流は成形ダイに装入される材料
を保温する役割を果たす。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と対比して説
明する。 実施例１ 炭素材からなる外径４５ｍｍ、材料装入部の径２０ｍ
ｍ、長さ４０ｍｍの成形ダイと、同じく超硬合金ＷＣか
らなり端部の直径を先端部の直径の１．５倍としたパン
チを図１に示すように組合わせ、平均粒径３μｍのステ
ンレス鋼（ＳＵＳ３０４）粉末とサブミクロンのジルコ
ニア（ＺｒＯ2)粉末を３：１に混合して成形ダイに充填
し、３Ｔ／ｃｍ2 の加圧力で圧縮成形したのち、２００
０Ａのパルス電流を通電して１２００℃の温度に昇温し
１２０秒間保持することにより、径２ｃｍ、高さ１ｃｍ
の複合焼結材料を得た。この操作を連続して２０回繰り
返したが、パンチの先端部には全く損傷が認められなか
った。
【００１３】比較例１ 炭素材からなる実施例１と同一形状、寸法の成形ダイ
と、大径の端部を有しない超硬合金製のパンチを図２に
示すように組合わせ、実施例１と同一の材料を実施例１
と同一の条件で放電プラズマ焼結し、径２ｃｍ、高さ１
ｃｍの複合材料を得た。この操作を１０回繰り返したと
ころ、パンチの過熱に起因してパンチ先端部に損耗が生
じ、以後、所定形状、寸法の複合焼結材料の製造が困難
となった。
【００１４】
【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、放電プ
ラズマ焼結において、大電流を印加し急速に昇温して材
料の加熱を行った場合にもパンチに電流が集中してパン
チが過熱されて損耗することがないから、焼結作業効率
を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における成形ダイとパンチの配列の主要
部を示す断面図である。
【図２】従来の成形ダイとパンチの配列の主要部を示す
断面図である。
【符号の説明】
１ 成形ダイ ２ パンチ ３ 成形ダイの材料装入部 ４ 成形ダイの端部 ５ パンチの先端部 ６ パンチの基部 Ｍ 材料
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷 雅人 北海道赤平市赤平594 住友石炭鉱業株式 会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 粉末状の材料を成形ダイ中に装入し、パ
    ンチで圧縮したのちパンチを通してパルス状電流を通電
    することにより焼結体を得る放電プラズマ焼結方法にお
    いて、成形ダイの材料装入部に挿入される先端部と該先
    端部より断面積の大きい基部を有するパンチ、および材
    料装入部とパンチの基部が嵌入する端部を具えた成形ダ
    イを使用して圧縮、通電することにより、パンチ先端部
    への電流集中を避けるようにしたことを特徴とする放電
    プラズマ焼結方法。
  2. 【請求項２】 粉末状の材料を装入する成形ダイと、該
    成形ダイ中に挿入され材料を圧縮するとともに材料にパ
    ルス状電流を通電するパンチを有する放電プラズマ焼結
    装置において、パンチが成形ダイの材料装入部に挿入さ
    れる先端部と該先端部より断面積の大きい基部を具え、
    成形ダイが材料装入部とパンチの基部が嵌入する端部を
    具えていることを特徴とする放電プラズマ焼結装置。
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